Για τη μετάδοση διακριτών δεδομένων μέσω γραμμών επικοινωνίας με στενή ζώνη συχνοτήτων, αναλογική διαμόρφωση. Ένας τυπικός εκπρόσωπος τέτοιων γραμμών είναι μια γραμμή επικοινωνίας φωνητικής συχνότητας που διατίθεται στους χρήστες δημόσιων τηλεφωνικών δικτύων. Αυτή η γραμμή επικοινωνίας μεταδίδει αναλογικά σήματα στην περιοχή συχνοτήτων από 300 έως 3400 Hz (άρα το εύρος ζώνης της γραμμής είναι 3100 Hz). Ο αυστηρός περιορισμός εύρους ζώνης των γραμμών επικοινωνίας σε αυτή την περίπτωση σχετίζεται με τη χρήση εξοπλισμού πολυπλεξίας και μεταγωγής κυκλώματος σε τηλεφωνικά δίκτυα.

Μια συσκευή που εκτελεί τις λειτουργίες διαμόρφωσης ενός ημιτονοειδούς φορέα στην πλευρά εκπομπής και αποδιαμόρφωσης στην πλευρά λήψης ονομάζεται μοντέμ (διαμορφωτής-αποδιαμορφωτής).

Η αναλογική διαμόρφωση είναι μια φυσική μέθοδος κωδικοποίησης στην οποία οι πληροφορίες κωδικοποιούνται με αλλαγή πλάτη, συχνότητεςή φάσειςένα ημιτονοειδές σήμα της φέρουσας συχνότητας. Στο διαμόρφωση εύρουςγια ένα λογικό, επιλέγεται ένα επίπεδο του πλάτους του ημιτονοειδούς φέρουσας συχνότητας και για ένα λογικό μηδέν, ένα άλλο. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται σπάνια στην πράξη στην καθαρή της μορφή λόγω χαμηλής ανοσίας στο θόρυβο, αλλά χρησιμοποιείται συχνά σε συνδυασμό με άλλους τύπους διαμόρφωσης. Στο διαμόρφωση συχνότηταςοι τιμές 0 και 1 των αρχικών δεδομένων μεταδίδονται από ημιτονοειδή με διαφορετικές συχνότητες . Αυτή η μέθοδος διαμόρφωσης δεν απαιτεί πολύπλοκα ηλεκτρονικά μόντεμ και χρησιμοποιείται συνήθως σε μόντεμ χαμηλής ταχύτητας που λειτουργούν στα 300 ή 1200 bps. Στο διαμόρφωση φάσηςΟι τιμές δεδομένων 0 και 1 αντιστοιχούν σε σήματα ίδιας συχνότητας αλλά διαφορετικής φάσης, όπως 0 και 180 μοίρες ή 0, 90, 180 και 270 μοίρες. Στα μόντεμ υψηλής ταχύτητας, χρησιμοποιούνται συχνά συνδυασμένες μέθοδοι διαμόρφωσης, κατά κανόνα, πλάτος σε συνδυασμό με φάση. Χρησιμοποιούνται συνδυασμένες μέθοδοι διαμόρφωσης για την αύξηση του ρυθμού δεδομένων. Οι πιο συνηθισμένες μέθοδοι είναι Διαμόρφωση πλάτους τετραγώνου-QAM).Αυτές οι μέθοδοι βασίζονται σε συνδυασμό διαμόρφωσης φάσης με 8 τιμές μετατόπισης φάσης και διαμόρφωσης πλάτους με 4 επίπεδα πλάτους. Ωστόσο, δεν χρησιμοποιούνται όλοι οι πιθανοί 32 συνδυασμοί σημάτων. Ένας τέτοιος πλεονασμός κωδικοποίησης απαιτείται για το μόντεμ να αναγνωρίζει λανθασμένα σήματα, τα οποία είναι αποτέλεσμα παραμόρφωσης λόγω παρεμβολών, τα οποία στα τηλεφωνικά κανάλια (ειδικά στα μεταγωγικά) είναι πολύ σημαντικά σε πλάτος και μεγάλο χρονικό διάστημα.

Στο ψηφιακή κωδικοποίησηχρησιμοποιούνται διακριτές πληροφορίες δυνητικόςΚαι ώθησηκωδικούς. ΣΕ δυνητικόςΣτους κώδικες, μόνο η τιμή του δυναμικού σήματος χρησιμοποιείται για την αναπαράσταση λογικών μονάδων και μηδενικών και οι πτώσεις του, που σχηματίζουν πλήρεις παλμούς, δεν λαμβάνονται υπόψη. ΣφυγμόςΟι κώδικες επιτρέπουν την αναπαράσταση δυαδικών δεδομένων είτε με παλμούς συγκεκριμένης πολικότητας, είτε από ένα μέρος του παλμού - μια πιθανή πτώση μιας συγκεκριμένης κατεύθυνσης.

Όταν χρησιμοποιείτε ορθογώνιους παλμούς για τη μετάδοση διακριτών πληροφοριών, είναι απαραίτητο να επιλέξετε μια μέθοδο κωδικοποίησης που θα επιτύγχανε ταυτόχρονα πολλούς στόχους: με τον ίδιο ρυθμό bit, να έχει το μικρότερο πλάτος του φάσματος του προκύπτοντος σήματος. παρέχεται συγχρονισμός μεταξύ πομπού και δέκτη. είχε την ικανότητα να αναγνωρίζει λάθη. είχε χαμηλό κόστος υλοποίησης.

Ένα στενότερο φάσμα σήματος σάς επιτρέπει να επιτύχετε υψηλότερο ρυθμό μεταφοράς δεδομένων στην ίδια γραμμή (με το ίδιο εύρος ζώνης). Απαιτείται συγχρονισμός πομπού και δέκτη, ώστε ο δέκτης να γνωρίζει ακριβώς σε ποια χρονική στιγμή είναι απαραίτητο να διαβάσει νέες πληροφορίες από τη γραμμή επικοινωνίας. Αυτό το πρόβλημα είναι πιο δύσκολο να λυθεί σε δίκτυα παρά κατά την επικοινωνία μεταξύ συσκευών σε κοντινή απόσταση, όπως μεταξύ συσκευών μέσα σε έναν υπολογιστή ή μεταξύ ενός υπολογιστή και ενός εκτυπωτή. Σε μικρές αποστάσεις, ένα σχήμα που βασίζεται σε μια ξεχωριστή γραμμή επικοινωνίας χρονισμού λειτουργεί καλά και οι πληροφορίες αφαιρούνται από τη γραμμή δεδομένων μόνο τη στιγμή που φθάνει ένας παλμός ρολογιού. Στα δίκτυα, η χρήση αυτού του σχήματος προκαλεί δυσκολίες λόγω της ετερογένειας των χαρακτηριστικών των αγωγών στα καλώδια. Σε μεγάλες αποστάσεις, οι κυματισμοί της ταχύτητας του σήματος μπορεί να προκαλέσουν την άφιξη του ρολογιού τόσο αργά ή πολύ νωρίς για το αντίστοιχο σήμα δεδομένων ώστε ένα bit δεδομένων να παραλειφθεί ή να ξαναδιαβαστεί. Ένας άλλος λόγος για τον οποίο τα δίκτυα αρνούνται να χρησιμοποιήσουν παλμούς ρολογιού είναι η εξοικονόμηση αγωγών σε ακριβά καλώδια. Επομένως, τα δίκτυα χρησιμοποιούν το λεγόμενο αυτοσυγχρονιζόμενοι κωδικοί,τα σήματα των οποίων φέρουν ενδείξεις για τον πομπό σε ποια χρονική στιγμή είναι απαραίτητο να αναγνωριστεί το επόμενο bit (ή πολλά bit, εάν ο κώδικας είναι προσανατολισμένος σε περισσότερες από δύο καταστάσεις σήματος). Οποιαδήποτε απότομη πτώση του σήματος - το λεγόμενο εμπρός- μπορεί να χρησιμεύσει ως καλή ένδειξη για το συγχρονισμό του δέκτη με τον πομπό. Όταν χρησιμοποιείτε ημιτονοειδή ως σήμα φορέα, ο κώδικας που προκύπτει έχει την ιδιότητα αυτοσυγχρονισμού, καθώς μια αλλαγή στο πλάτος της φέρουσας συχνότητας επιτρέπει στον δέκτη να προσδιορίσει τη στιγμή που εμφανίζεται ο κωδικός εισόδου.

Η αναγνώριση και η διόρθωση των παραμορφωμένων δεδομένων είναι δύσκολο να εφαρμοστεί μέσω του φυσικού επιπέδου, επομένως, τις περισσότερες φορές αυτή η εργασία αναλαμβάνεται από τα πρωτόκολλα που βρίσκονται παραπάνω: κανάλι, δίκτυο, μεταφορά ή εφαρμογή. Από την άλλη πλευρά, η αναγνώριση σφαλμάτων στο φυσικό επίπεδο εξοικονομεί χρόνο, αφού ο δέκτης δεν περιμένει να τοποθετηθεί πλήρως το πλαίσιο στην προσωρινή μνήμη, αλλά το απορρίπτει αμέσως μόλις αναγνωρίσει λανθασμένα bit μέσα στο πλαίσιο.

Οι απαιτήσεις για τις μεθόδους κωδικοποίησης είναι αμοιβαία αντιφατικές, επομένως κάθε μία από τις δημοφιλείς μεθόδους ψηφιακής κωδικοποίησης που συζητούνται παρακάτω έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα σε σύγκριση με άλλες.

Μία από τις απλούστερες μεθόδους δυνητικόςκωδικοποίηση είναι μονοπολικός κωδικός δυναμικού, που ονομάζεται επίσης κωδικοποίηση χωρίς επιστροφή στο μηδέν (Non Return to Zero-NRZ) (εικ.7.1.α). Το επώνυμο αντικατοπτρίζει το γεγονός ότι όταν μεταδίδεται μια ακολουθία μονάδων, το σήμα δεν επιστρέφει στο μηδέν κατά τη διάρκεια του κύκλου. Η μέθοδος NRZ έχει καλή ανίχνευση σφαλμάτων (λόγω δύο έντονα διαφορετικών δυνατοτήτων), αλλά δεν έχει την ιδιότητα αυτοσυγχρονισμού. Κατά τη μετάδοση μιας μεγάλης ακολουθίας μονάδων ή μηδενικών, το σήμα γραμμής δεν αλλάζει, επομένως ο δέκτης δεν μπορεί να προσδιορίσει από το σήμα εισόδου τα χρονικά σημεία που είναι απαραίτητο να διαβάσει ξανά τα δεδομένα. Ακόμη και με μια γεννήτρια ρολογιού υψηλής ακρίβειας, ο δέκτης μπορεί να κάνει λάθος με τη στιγμή λήψης δεδομένων, καθώς οι συχνότητες των δύο γεννητριών δεν είναι σχεδόν ποτέ εντελώς πανομοιότυπες. Επομένως, σε υψηλούς ρυθμούς δεδομένων και μεγάλες ακολουθίες ενός ή μηδενικού, μια μικρή αναντιστοιχία συχνοτήτων ρολογιού μπορεί να οδηγήσει σε σφάλμα σε έναν ολόκληρο κύκλο και, κατά συνέπεια, στην ανάγνωση μιας εσφαλμένης τιμής bit.

α Β Γ Δ Ε ΣΤ

Ρύζι. 7.1. Μέθοδοι κωδικοποίησης δυαδικών δεδομένων: α-μονοπολική ισχύ-

κοινωνικός κώδικας; σι- Διπολικός κωδικός δυναμικού. V- μονοπολικό μη-

κωδικός παλμού? σολ -διπολικός κωδικός παλμού. ρε-Κωδικός "Μάντσεστερ"

μι- δυνητικός κωδικός με τέσσερα επίπεδα σήματος.

Ένα άλλο σοβαρό μειονέκτημα της μεθόδου NRZ είναι η παρουσία μιας συνιστώσας χαμηλής συχνότητας που πλησιάζει το μηδέν κατά τη μετάδοση μεγάλων ακολουθιών ενός ή μηδενικού. Εξαιτίας αυτού, πολλές γραμμές επικοινωνίας που δεν παρέχουν άμεση γαλβανική σύνδεση μεταξύ του δέκτη και της πηγής δεν υποστηρίζουν αυτόν τον τύπο κωδικοποίησης. Ως αποτέλεσμα, ο κώδικας NRZ στην καθαρή του μορφή δεν χρησιμοποιείται σε δίκτυα, αλλά χρησιμοποιούνται διάφορες τροποποιήσεις του, στις οποίες εξαλείφεται τόσο ο κακός αυτοσυγχρονισμός του κώδικα NRZ όσο και η παρουσία ενός σταθερού στοιχείου.

Μία από τις τροποποιήσεις της μεθόδου NRZ είναι η μέθοδος διπολική κωδικοποίηση δυναμικού με εναλλακτική αντιστροφή (Bipolar Alternate Mark Inversion-AMI).Σε αυτή τη μέθοδο ( ρύζι. 7.1.β) χρησιμοποιούνται τρία δυναμικά επίπεδα - αρνητικό, μηδέν και θετικό. Για την κωδικοποίηση ενός λογικού μηδέν, χρησιμοποιείται ένα μηδενικό δυναμικό και μια λογική μονάδα κωδικοποιείται είτε με θετικό είτε με αρνητικό δυναμικό (στην περίπτωση αυτή, το δυναμικό κάθε νέας μονάδας είναι αντίθετο από το δυναμικό της προηγούμενης). Ο κωδικός AMI εξαλείφει εν μέρει το DC και την έλλειψη προβλημάτων αυτοχρονισμού που είναι εγγενή στον κώδικα NRZ. Αυτό συμβαίνει όταν στέλνετε μεγάλες σειρές από αυτές. Σε αυτές τις περιπτώσεις, το σήμα στη γραμμή είναι μια ακολουθία διπολικών παλμών με το ίδιο φάσμα με τον κώδικα NRZ που μεταδίδει εναλλασσόμενα μηδενικά και μονάδες, δηλαδή χωρίς σταθερή συνιστώσα και με θεμελιώδη αρμονική N/2 Hz (όπου N είναι ο ρυθμός bit δεδομένων) . Οι μεγάλες ακολουθίες μηδενικών είναι επίσης επικίνδυνες για τον κώδικα AMI, καθώς και για τον κώδικα NRZ - το σήμα εκφυλίζεται σε ένα σταθερό δυναμικό μηδενικού πλάτους. Γενικά, για διαφορετικούς συνδυασμούς δυαδικών ψηφίων στη γραμμή, η χρήση του κώδικα AMI οδηγεί σε ένα στενότερο φάσμα σήματος από τον κώδικα NRZ, και ως εκ τούτου σε υψηλότερη απόδοση γραμμής. Για παράδειγμα, κατά τη μετάδοση εναλλασσόμενων μονάδων και μηδενικών, η θεμελιώδης αρμονική f 0 έχει συχνότητα N/4 Hz. Ο κωδικός AMI παρέχει επίσης ορισμένες δυνατότητες για την αναγνώριση λανθασμένων σημάτων. Έτσι, μια παραβίαση της αυστηρής εναλλαγής της πολικότητας των σημάτων υποδηλώνει μια λανθασμένη ώθηση ή την εξαφάνιση μιας σωστής ώθησης από τη γραμμή. Ένα σήμα με λανθασμένη πολικότητα ονομάζεται απαγορευμένο σήμα (παραβίαση σήματος).Δεδομένου ότι ο κωδικός AMI χρησιμοποιεί όχι δύο, αλλά τρία επίπεδα σήματος ανά γραμμή, το πρόσθετο επίπεδο απαιτεί αύξηση της ισχύος του πομπού για να παρέχει την ίδια πιστότητα bit στη γραμμή, κάτι που αποτελεί γενικό μειονέκτημα κωδικών με πολλαπλές καταστάσεις σήματος σε σύγκριση με κωδικούς που μόνο διακρίνουν δύο καταστάσεις.

Οι απλούστερες μέθοδοι παρορμητικόςκωδικοποιήσεις είναι μονοπολικός κωδικός παλμού,όπου το ένα αντιπροσωπεύεται από την ορμή και το μηδέν με την απουσία του ( ρύζι. 7.1γ), Και διπολικός κωδικός παλμού, στην οποία η μονάδα αντιπροσωπεύεται από έναν παλμό μιας πολικότητας και το μηδέν είναι η άλλη ( ρύζι. 7,1 γρ). Κάθε παλμός διαρκεί μισό κύκλο. Ο διπολικός κώδικας παλμών έχει καλές ιδιότητες αυτοχρονισμού, αλλά μπορεί να υπάρχει ένα στοιχείο παλμού DC, για παράδειγμα, κατά τη μετάδοση μιας μεγάλης ακολουθίας μονάδων ή μηδενικών. Επιπλέον, το φάσμα του είναι ευρύτερο από αυτό των πιθανών κωδικών. Έτσι, κατά τη μετάδοση όλων των μηδενικών ή ενός, η συχνότητα της θεμελιώδους αρμονικής του κώδικα θα είναι ίση με N Hz, η οποία είναι δύο φορές υψηλότερη από τη θεμελιώδη αρμονική του κώδικα NRZ και τέσσερις φορές υψηλότερη από τη θεμελιώδη αρμονική του κώδικα AMI κατά τη μετάδοση εναλλασσόμενων και μηδενικών. Λόγω του πολύ μεγάλου φάσματος, ο διπολικός κώδικας παλμών χρησιμοποιείται σπάνια.

Στα τοπικά δίκτυα, μέχρι πρόσφατα, η πιο κοινή μέθοδος κωδικοποίησης ήταν η λεγόμενη " Κωδικός Μάντσεστερ"(ρύζι. 7.1ε). Στον κώδικα του Μάντσεστερ, μια πτώση δυναμικού, δηλαδή το μπροστινό μέρος του παλμού, χρησιμοποιείται για την κωδικοποίηση μονάδων και μηδενικών. Στην κωδικοποίηση Manchester, κάθε ρολόι χωρίζεται σε δύο μέρη. Οι πληροφορίες κωδικοποιούνται από πιθανές πτώσεις που συμβαίνουν στη μέση κάθε κύκλου. Μια μονάδα κωδικοποιείται από μια μετάβαση από χαμηλή σε υψηλή και ένα μηδέν κωδικοποιείται από μια αντίστροφη μετάβαση. Στην αρχή κάθε κύκλου, μπορεί να προκύψει ένα άκρο σήματος υπηρεσίας, εάν πρέπει να αντιπροσωπεύσετε πολλά μονά ή μηδενικά στη σειρά. Δεδομένου ότι το σήμα αλλάζει τουλάχιστον μία φορά ανά κύκλο μετάδοσης ενός bit δεδομένων, ο κώδικας Manchester έχει καλές ιδιότητες αυτοχρονισμού. Το εύρος ζώνης του κώδικα Μάντσεστερ είναι στενότερο από αυτό του διπολικού παλμού. Επίσης δεν έχει σταθερή συνιστώσα και η θεμελιώδης αρμονική στη χειρότερη περίπτωση (όταν εκπέμπει μια ακολουθία μονάδων ή μηδενικών) έχει συχνότητα N Hz και στην καλύτερη περίπτωση (όταν εκπέμπει εναλλασσόμενα και μηδενικά) είναι ίση σε N / 2 Hz, όπως στους κωδικούς AMI ή NRZ. Κατά μέσο όρο, το εύρος ζώνης του κώδικα του Μάντσεστερ είναι μιάμιση φορά πιο στενό από αυτό του διπολικού κώδικα παλμών και η θεμελιώδης αρμονική ταλαντώνεται γύρω στα 3N/4. Ένα άλλο πλεονέκτημα του κώδικα Μάντσεστερ είναι ότι έχει μόνο δύο επίπεδα σήματος, ενώ ο διπολικός κωδικός παλμού έχει τρία.

Υπάρχουν επίσης πιθανοί κωδικοί με μεγάλο αριθμό επιπέδων σήματος για την κωδικοποίηση δεδομένων. Εμφανίζεται ως παράδειγμα ( εικ. 7.1ε) δυνητικός κωδικός 2B1Qμε τέσσερα επίπεδα σήματος για κωδικοποίηση δεδομένων. Σε αυτόν τον κώδικα, κάθε δύο bit μεταδίδονται σε έναν κύκλο από ένα σήμα που έχει τέσσερις καταστάσεις. Ένα ζεύγος μπιτ "00" αντιστοιχεί σε δυναμικό -2,5 V, ένα ζεύγος μπιτ "01" - δυναμικό -0,833 V, ένα ζεύγος μπιτ "11" - δυναμικό +0,833 V και ένα ζεύγος δυαδικών ψηφίων bit "10" - δυναμικό +2,5 V. Αυτή η μέθοδος κωδικοποίησης απαιτεί πρόσθετα μέτρα για την αντιμετώπιση μεγάλων ακολουθιών πανομοιότυπων ζευγών bit, αφού τότε το σήμα μετατρέπεται σε σταθερό στοιχείο. Με την τυχαία παρεμβολή bit, το φάσμα του σήματος είναι δύο φορές πιο στενό από αυτό του κώδικα NRZ (με τον ίδιο ρυθμό bit, ο χρόνος κύκλου διπλασιάζεται). Έτσι, χρησιμοποιώντας τον παρουσιαζόμενο κωδικό 2B1Q, είναι δυνατή η μεταφορά δεδομένων στην ίδια γραμμή δύο φορές πιο γρήγορα από τη χρήση του κωδικού AMI. Ωστόσο, για την υλοποίησή του, η ισχύς του πομπού πρέπει να είναι υψηλότερη, ώστε τα τέσσερα επίπεδα να διακρίνονται σαφώς από τον δέκτη σε φόντο παρεμβολών.

Για να βελτιώσετε πιθανούς κωδικούς τύπου AMI και 2B1Q, λογική κωδικοποίηση. Η λογική κωδικοποίηση έχει σχεδιαστεί για να αντικαθιστά μεγάλες ακολουθίες bit, οδηγώντας σε ένα σταθερό δυναμικό, διάσπαρτο με ένα. Δύο μέθοδοι είναι χαρακτηριστικές για τη λογική κωδικοποίηση - περιττοί κωδικοί και κρυπτογράφηση.

Περιττοί κωδικοίβασίζονται στο διαχωρισμό της αρχικής ακολουθίας των bit σε τμήματα, τα οποία συχνά ονομάζονται χαρακτήρες. Στη συνέχεια, κάθε αρχικός χαρακτήρας αντικαθίσταται με έναν νέο που έχει περισσότερα bits από τον αρχικό. Για παράδειγμα, ένας λογικός κώδικας 4B/5B αντικαθιστά τους αρχικούς χαρακτήρες 4 bit με χαρακτήρες 5 bit. Δεδομένου ότι τα σύμβολα που προκύπτουν περιέχουν περιττά bit, ο συνολικός αριθμός συνδυασμών bit σε αυτά είναι μεγαλύτερος από ό,τι στα αρχικά. Έτσι, στον κώδικα 4B / 5B, τα σύμβολα που προκύπτουν μπορούν να περιέχουν συνδυασμούς 32 bit, ενώ τα αρχικά σύμβολα - μόνο 16. Επομένως, στον κώδικα που προκύπτει, μπορείτε να επιλέξετε 16 τέτοιους συνδυασμούς που δεν περιέχουν μεγάλο αριθμό μηδενικών και μετρήστε τα υπόλοιπα απαγορευμένοι κωδικοί (παραβίαση κώδικα).Εκτός από την αφαίρεση του DC και τον αυτοσυγχρονισμό του κώδικα, οι περιττοί κωδικοί επιτρέπουν στον δέκτη να αναγνωρίζει κατεστραμμένα bit. Εάν ο δέκτης λάβει έναν απαγορευμένο κωδικό, τότε το σήμα έχει παραμορφωθεί στη γραμμή. Ο κώδικας 4V/5V μεταδίδεται μέσω της γραμμής χρησιμοποιώντας φυσική κωδικοποίηση χρησιμοποιώντας μία από τις πιθανές μεθόδους κωδικοποίησης που είναι ευαίσθητη μόνο σε μεγάλες ακολουθίες μηδενικών. Τα σύμβολα κωδικών 4V/5V, μήκους 5 bit, εγγυώνται ότι δεν μπορούν να εμφανιστούν περισσότερα από τρία μηδενικά στη σειρά στη γραμμή για οποιονδήποτε συνδυασμό τους. Το γράμμα Β στην κωδική ονομασία σημαίνει ότι το στοιχειώδες σήμα έχει 2 καταστάσεις (από το αγγλικό δυαδικό - δυαδικό). Υπάρχουν επίσης κωδικοί με τρεις καταστάσεις σήματος, για παράδειγμα, στον κώδικα 8B / 6T, για την κωδικοποίηση 8 bit αρχικών πληροφοριών, χρησιμοποιείται ένας κωδικός 6 σημάτων, καθένα από τα οποία έχει τρεις καταστάσεις. Ο πλεονασμός του κώδικα 8B/6T είναι υψηλότερος από αυτόν του κώδικα 4B/5B, καθώς υπάρχουν 729 (3 στη δύναμη του 6) σύμβολα που προκύπτουν για 256 πηγαίους κώδικες. Η χρήση του πίνακα αναζήτησης είναι μια πολύ απλή λειτουργία, επομένως αυτή η προσέγγιση δεν περιπλέκει τους προσαρμογείς δικτύου και τα μπλοκ διασύνδεσης των μεταγωγέων και των δρομολογητών (βλ. ενότητες 9,11).

Για να παρέχει μια δεδομένη χωρητικότητα γραμμής, ένας πομπός που χρησιμοποιεί έναν περιττό κωδικό πρέπει να λειτουργεί με αυξημένη συχνότητα ρολογιού. Έτσι, για να μεταδώσει κωδικούς 4V / 5V με ρυθμό 100 Mbps, ο πομπός πρέπει να λειτουργεί σε συχνότητα ρολογιού 125 MHz. Σε αυτήν την περίπτωση, το φάσμα του σήματος στη γραμμή επεκτείνεται σε σύγκριση με την περίπτωση που ένας καθαρός, μη περιττός κώδικας μεταδίδεται μέσω της γραμμής. Ωστόσο, το φάσμα του πλεονάζοντος δυναμικού κώδικα αποδεικνύεται στενότερο από το φάσμα του κώδικα του Manchester, γεγονός που δικαιολογεί το πρόσθετο στάδιο της λογικής κωδικοποίησης, καθώς και τη λειτουργία του δέκτη και του πομπού σε αυξημένη συχνότητα ρολογιού.

Ένας άλλος τρόπος λογικής κωδικοποίησης βασίζεται στην προκαταρκτική «ανάμιξη» των αρχικών πληροφοριών με τέτοιο τρόπο ώστε οι πιθανότητες εμφάνισης μονάδων και μηδενικών στη γραμμή πλησιάζουν. Οι συσκευές ή τα μπλοκ που εκτελούν αυτήν τη λειτουργία καλούνται κρέμπλερ(ανακατωσούρα - χωματερή, άτακτη συναρμολόγηση). Στο ανακατεύοντας χρησιμοποιείται ένας πολύ γνωστός αλγόριθμος, οπότε ο δέκτης, έχοντας λάβει δυαδικά δεδομένα, τα μεταδίδει σε αποκωδικοποιητής,που επαναφέρει την αρχική ακολουθία bit. Τα υπερβολικά bit δεν μεταδίδονται μέσω της γραμμής. Ο βελτιωμένος πλεονασμός και οι κωδικοποιημένοι κωδικοί χρησιμοποιούνται στις σύγχρονες τεχνολογίες δικτύου υψηλής ταχύτητας αντί της κωδικοποίησης "Manchester" και διπολικής παλμικής κωδικοποίησης.

7.6. Τεχνολογίες Πολυπλεξίας Γραμμών Επικοινωνίας

Για πολυπλεξία("συμπίεση") των γραμμών επικοινωνίας, χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνολογίες. Τεχνολογία συχνότηταπολυπλεξία(Πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας - FDM) αναπτύχθηκε αρχικά για τηλεφωνικά δίκτυα, αλλά χρησιμοποιείται επίσης για άλλους τύπους δικτύων, όπως τα δίκτυα καλωδιακής τηλεόρασης. Αυτή η τεχνολογία προϋποθέτει τη μεταφορά των σημάτων κάθε συνδρομητικού καναλιού στη δική του περιοχή συχνοτήτων και την ταυτόχρονη μετάδοση σημάτων από πολλά κανάλια συνδρομητών σε μία ευρυζωνική γραμμή επικοινωνίας. Για παράδειγμα, οι είσοδοι ενός μεταγωγέα FDM λαμβάνουν αρχικά σήματα από συνδρομητές τηλεφωνικού δικτύου. Ο διακόπτης εκτελεί μια μετάφραση συχνότητας κάθε καναλιού στη δική του ζώνη συχνοτήτων. Συνήθως, το εύρος υψηλών συχνοτήτων χωρίζεται σε ζώνες που διατίθενται για τη μετάδοση δεδομένων από κανάλια συνδρομητών. Στη γραμμή επικοινωνίας μεταξύ δύο διακοπτών FDM, τα σήματα όλων των συνδρομητικών καναλιών μεταδίδονται ταυτόχρονα, αλλά το καθένα από αυτά καταλαμβάνει τη δική του ζώνη συχνοτήτων. Ο διακόπτης FDM εξόδου διαχωρίζει τα διαμορφωμένα σήματα κάθε φέρουσας συχνότητας και τα μεταδίδει στο αντίστοιχο κανάλι εξόδου στο οποίο είναι απευθείας συνδεδεμένο το τηλέφωνο του συνδρομητή. Οι διακόπτες FDM μπορούν να πραγματοποιούν τόσο δυναμική όσο και μόνιμη μεταγωγή. Στη δυναμική μεταγωγή, ένας συνδρομητής ξεκινά μια σύνδεση με έναν άλλο συνδρομητή στέλνοντας τον καλούμενο αριθμό συνδρομητή στο δίκτυο. Ο διακόπτης εκχωρεί δυναμικά μία από τις δωρεάν ζώνες σε αυτόν τον συνδρομητή. Με συνεχή εναλλαγή, η ζώνη εκχωρείται στον συνδρομητή για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η αρχή της εναλλαγής με βάση τη διαίρεση συχνότητας παραμένει αμετάβλητη σε δίκτυα διαφορετικού τύπου, αλλάζουν μόνο τα όρια των ζωνών που εκχωρούνται σε ξεχωριστό κανάλι συνδρομητών, καθώς και ο αριθμός τους.

Τεχνολογία Πολυπλεξίαςμοιράσμα χρόνου(Πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου - TDM) ή προσωρινός πολυπλεξίαβασίζεται στη χρήση εξοπλισμού TDM (πολυπλέκτης, διακόπτες, αποπολυπλέκτες) που λειτουργούν στη λειτουργία χρονομερισμού, εξυπηρετώντας όλα τα κανάλια συνδρομητών με τη σειρά τους κατά τη διάρκεια ενός κύκλου. Σε κάθε σύνδεση εκχωρείται ένα χρονικό τμήμα του κύκλου λειτουργίας υλικού, που ονομάζεται επίσης χρονοθήκη. Η διάρκεια της χρονοθυρίδας εξαρτάται από τον αριθμό των συνδρομητικών καναλιών που εξυπηρετούνται από τον εξοπλισμό. Τα δίκτυα TDM μπορούν να υποστηρίξουν ένα από τα δύο δυναμικός,ή συνεχήςεναλλαγή, και μερικές φορές και οι δύο από αυτές τις λειτουργίες.

Δίκτυα με δυναμική μεταγωγήαπαιτούν μια προκαταρκτική διαδικασία για τη δημιουργία σύνδεσης μεταξύ συνδρομητών. Για να γίνει αυτό, η διεύθυνση του καλούμενου συνδρομητή μεταδίδεται στο δίκτυο, το οποίο διέρχεται από τους διακόπτες και τους διαμορφώνει για μεταγενέστερη μετάδοση δεδομένων. Το αίτημα σύνδεσης δρομολογείται από τον ένα διακόπτη στον άλλο και τελικά φτάνει στον καλούμενο. Το δίκτυο μπορεί να αρνηθεί τη δημιουργία σύνδεσης εάν η χωρητικότητα του απαιτούμενου καναλιού εξόδου έχει ήδη εξαντληθεί. Για έναν διακόπτη FDM, η χωρητικότητα εξόδου είναι ίση με τον αριθμό των ζωνών συχνοτήτων και για έναν διακόπτη TDM, είναι ίση με τον αριθμό των χρονοθυρίδων στις οποίες διαιρείται ο κύκλος λειτουργίας του καναλιού. Το δίκτυο αρνείται επίσης τη σύνδεση εάν ο αιτούμενος συνδρομητής έχει ήδη δημιουργήσει σύνδεση με κάποιον άλλο. Στην πρώτη περίπτωση, λένε ότι ο διακόπτης είναι απασχολημένος, και στη δεύτερη - ο συνδρομητής. Η πιθανότητα αστοχίας σύνδεσης είναι ένα μειονέκτημα της μεθόδου μεταγωγής κυκλώματος. Εάν μπορεί να δημιουργηθεί μια σύνδεση, τότε της εκχωρείται ένα σταθερό εύρος ζώνης σε δίκτυα FDM ή ένα σταθερό εύρος ζώνης σε δίκτυα TDM. Αυτές οι τιμές παραμένουν αμετάβλητες καθ' όλη τη διάρκεια της περιόδου σύνδεσης. Η εγγυημένη παροχή δικτύου μετά την πραγματοποίηση μιας σύνδεσης είναι μια σημαντική δυνατότητα που απαιτείται για εφαρμογές όπως η μετάδοση φωνής και βίντεο ή ο έλεγχος αντικειμένων σε πραγματικό χρόνο.

Εάν υπάρχει μόνο ένα φυσικό κανάλι επικοινωνίας, για παράδειγμα, κατά την ανταλλαγή δεδομένων με χρήση μόντεμ μέσω του τηλεφωνικού δικτύου, η λειτουργία διπλής όψης οργανώνεται με βάση τη διαίρεση του καναλιού σε δύο λογικά υποκανάλια χρησιμοποιώντας τεχνολογίες FDM ή TDM. Κατά τη χρήση της τεχνολογίας FDM, τα μόντεμ για την οργάνωση της λειτουργίας διπλής όψης σε μια γραμμή δύο καλωδίων λειτουργούν σε τέσσερις συχνότητες (δύο συχνότητες για κωδικοποίηση μονάδων και μηδενικών κατά τη μετάδοση δεδομένων προς μία κατεύθυνση και οι άλλες δύο συχνότητες για κωδικοποίηση κατά τη μετάδοση προς την αντίθετη κατεύθυνση). Στην τεχνολογία TDM, ορισμένες χρονοθυρίδες χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά δεδομένων προς μία κατεύθυνση και κάποιες χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά δεδομένων προς την άλλη κατεύθυνση. Συνήθως, τα χρονικά διαστήματα αντίθετων κατευθύνσεων εναλλάσσονται.

Στα καλώδια οπτικών ινών για την οργάνωση της λειτουργίας διπλής όψης όταν χρησιμοποιείται μόνο μία οπτική ίνα, η μετάδοση δεδομένων προς μία κατεύθυνση πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας δέσμη φωτός ενός μήκους κύματος και προς την αντίθετη κατεύθυνση - διαφορετικό μήκος κύματος. Αυτή η τεχνολογία σχετίζεται ουσιαστικά με τη μέθοδο FDM, αλλά για τα καλώδια οπτικών ινών ονομάζεται τεχνολογίες πολυπλεξίας μήκους κύματος(Πολυπλεξία διαίρεσης κυμάτων - WDM) ή κύμα πολυπλεξία.

Τεχνολογίαπυκνό κύμα(φασματική)πολυπλεξία(Πολυπλεξία διαίρεσης πυκνού κύματος - DWDM) έχει σχεδιαστεί για τη δημιουργία μιας νέας γενιάς οπτικών κορμών που λειτουργούν σε ταχύτητες πολλαπλών gigabit και terabit. Ένα τέτοιο ποιοτικό άλμα στην απόδοση παρέχεται λόγω του γεγονότος ότι οι πληροφορίες σε μια οπτική ίνα μεταδίδονται ταυτόχρονα από μεγάλο αριθμό κυμάτων φωτός. Τα δίκτυα DWDM λειτουργούν με βάση την αρχή της μεταγωγής κυκλώματος, με κάθε κύμα φωτός να αντιπροσωπεύει ένα ξεχωριστό φασματικό κανάλι και να μεταφέρει τις δικές του πληροφορίες. Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα της τεχνολογίας DWDM είναι η σημαντική αύξηση του συντελεστή χρήσης του δυναμικού συχνότητας της οπτικής ίνας, το θεωρητικό εύρος ζώνης της οποίας είναι 25.000 GHz.

Περίληψη

Στα σύγχρονα συστήματα τηλεπικοινωνιών, οι πληροφορίες μεταδίδονται μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων - ηλεκτρικών, φωτεινών ή ραδιοφωνικών σημάτων.

Οι γραμμές επικοινωνίας, ανάλογα με τον τύπο του φυσικού μέσου για τη μετάδοση πληροφοριών, μπορεί να είναι καλωδιακές (ενσύρματες) ή ασύρματες. Ως γραμμές επικοινωνίας χρησιμοποιούνται τηλεφωνικά καλώδια που βασίζονται σε παράλληλους μη συνεστραμμένους αγωγούς, ομοαξονικά καλώδια, καλώδια με συνεστραμμένα ζεύγη αγωγών (μη θωρακισμένα και θωρακισμένα), καλώδια οπτικών ινών. Τα πιο αποτελεσματικά σήμερα και πολλά υποσχόμενα στο εγγύς μέλλον είναι τα καλώδια που βασίζονται σε συνεστραμμένα ζεύγη αγωγών και καλώδια οπτικών ινών. Οι ασύρματες γραμμές επικοινωνίας υλοποιούνται συχνότερα με τη μετάδοση ραδιοφωνικών σημάτων σε διάφορες ζώνες ραδιοκυμάτων. Η υπέρυθρη τεχνολογία ασύρματης μετάδοσης δεδομένων χρησιμοποιεί μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος μεταξύ του ορατού φωτός και των μικρότερων μικροκυμάτων. Η πιο υψηλής ταχύτητας και ανθεκτική στο θόρυβο είναι η τεχνολογία λέιζερ ασύρματης επικοινωνίας.

Τα κύρια χαρακτηριστικά των γραμμών επικοινωνίας είναι η απόκριση συχνότητας, το εύρος ζώνης και η εξασθένηση σε μια συγκεκριμένη συχνότητα.

Η απόδοση μιας γραμμής επικοινωνίας χαρακτηρίζει τον μέγιστο δυνατό ρυθμό μεταφοράς δεδομένων μέσω αυτής. Η θόρυβος μιας γραμμής επικοινωνίας καθορίζει την ικανότητά της να μειώνει το επίπεδο παρεμβολής που δημιουργείται στο εξωτερικό περιβάλλον στους εσωτερικούς αγωγούς. Η αξιοπιστία της μετάδοσης δεδομένων χαρακτηρίζει την πιθανότητα παραμόρφωσης για κάθε μεταδιδόμενο bit δεδομένων.

Η αναπαράσταση διακριτών πληροφοριών με τη μία ή την άλλη μορφή των σημάτων που εφαρμόζονται στη γραμμή επικοινωνίας ονομάζεται φυσική κωδικοποίηση. Η λογική κωδικοποίηση περιλαμβάνει την αντικατάσταση bits της αρχικής πληροφορίας με μια νέα ακολουθία bit που φέρει τις ίδιες πληροφορίες αλλά έχει πρόσθετες ιδιότητες.

Για τη μετάδοση διακριτών δεδομένων μέσω γραμμών επικοινωνίας με στενή ζώνη συχνοτήτων, χρησιμοποιείται αναλογική διαμόρφωση, στην οποία οι πληροφορίες κωδικοποιούνται αλλάζοντας το πλάτος, τη συχνότητα ή τη φάση ενός ημιτονοειδούς φέροντος σήματος συχνότητας. Κατά την ψηφιακή κωδικοποίηση διακριτών πληροφοριών, χρησιμοποιούνται κωδικοί δυναμικού και παλμού. Για την πολυπλεξία γραμμών επικοινωνίας χρησιμοποιούνται τεχνολογίες πολυπλεξίας συχνότητας, χρόνου και κυμάτων.

Ελέγξτε τις ερωτήσεις και τις εργασίες

1. Δώστε την ταξινόμηση των γραμμών επικοινωνίας.

2. Περιγράψτε τις πιο συνηθισμένες καλωδιακές γραμμές επικοινωνίας.

3. Παρουσιάστε τις κύριες γραμμές ασύρματης επικοινωνίας και δώστε τα συγκριτικά τους χαρακτηριστικά.

4. Λόγω ποιων φυσικών παραγόντων τα κανάλια επικοινωνίας παραμορφώνουν τα μεταδιδόμενα σήματα;

5. Ποιο είναι το χαρακτηριστικό πλάτους-συχνότητας ενός καναλιού επικοινωνίας;

6. Σε ποιες μονάδες μετράται το εύρος ζώνης του καναλιού επικοινωνίας;

7. Περιγράψτε την έννοια της «ανοσίας του θορύβου της γραμμής επικοινωνίας».

8. Τι καθορίζει τη χαρακτηριστική «αξιοπιστία μετάδοσης δεδομένων» και σε ποιες μονάδες μετράται;

9. Τι είναι η «αναλογική διαμόρφωση» και ποιοι τύποι χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση διακριτών δεδομένων;

10. Ποια συσκευή εκτελεί τις λειτουργίες διαμόρφωσης του ημιτονοειδούς φορέα στην πλευρά εκπομπής και αποδιαμόρφωσής του στην πλευρά λήψης;

11. Δηλώστε τη διαφορά μεταξύ κωδικοποίησης δυναμικού και παλμού ψηφιακών σημάτων.

12. Τι είναι οι αυτοσυγχρονιζόμενοι κώδικες;

13. Ποιος είναι ο σκοπός της λογικής κωδικοποίησης των ψηφιακών σημάτων και ποιες μέθοδοι χρησιμοποιούνται;

14. Περιγράψτε την τεχνολογία πολυπλεξίας συχνοτήτων των γραμμών επικοινωνίας.

15. Ποια είναι τα χαρακτηριστικά της τεχνολογίας πολυπλεξίας με διαίρεση χρόνου;

16. Ποια τεχνολογία πολυπλεξίας χρησιμοποιείται στα καλώδια οπτικών ινών για την οργάνωση της λειτουργίας διπλής όψης όταν χρησιμοποιείται μόνο μία οπτική ίνα;

17. Ποιος είναι ο σκοπός της τεχνολογίας πολυπλεξίας πυκνών κυμάτων;

Χρησιμοποιούνται δύο κύριοι τύποι φυσικής κωδικοποίησης - με βάση ένα ημιτονοειδές σήμα φορέα (αναλογική διαμόρφωση) και με βάση μια ακολουθία ορθογώνιων παλμών (ψηφιακή κωδικοποίηση).

Αναλογική διαμόρφωση - για τη μετάδοση διακριτών δεδομένων μέσω καναλιού με στενό εύρος ζώνης - κανάλια φωνητικής συχνότητας τηλεφωνικών δικτύων (εύρος ζώνης από 300 έως 3400 Hz) Η συσκευή που εκτελεί διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση είναι ένα μόντεμ.

Μέθοδοι αναλογικής διαμόρφωσης

n διαμόρφωση πλάτους (ανοσία χαμηλού θορύβου, που χρησιμοποιείται συχνά σε συνδυασμό με διαμόρφωση φάσης).

n διαμόρφωση συχνότητας (πολύπλοκη τεχνική υλοποίηση, που χρησιμοποιείται συνήθως σε μόντεμ χαμηλής ταχύτητας).

n διαμόρφωση φάσης.

Φάσμα του διαμορφωμένου σήματος

Πιθανός Κωδικός- εάν τα διακριτά δεδομένα μεταδίδονται με ρυθμό N bit ανά δευτερόλεπτο, τότε το φάσμα αποτελείται από μια σταθερή συνιστώσα μηδενικής συχνότητας και μια άπειρη σειρά αρμονικών με συχνότητα f0, 3f0, 5f0, 7f0, ..., όπου f0 = N/2. Τα πλάτη αυτών των αρμονικών μειώνονται αργά - με συντελεστές 1/3, 1/5, 1/7, ... του πλάτους f0. Το φάσμα του προκύπτοντος σήματος δυνητικού κώδικα κατά τη μετάδοση αυθαίρετων δεδομένων καταλαμβάνει μια ζώνη από κάποια τιμή κοντά στο 0 έως περίπου 7f0. Για ένα κανάλι φωνητικής συχνότητας, το ανώτερο όριο του ρυθμού μετάδοσης επιτυγχάνεται με ρυθμό μετάδοσης δεδομένων 971 bit ανά δευτερόλεπτο και το κατώτερο όριο είναι απαράδεκτο για οποιεσδήποτε ταχύτητες, καθώς το εύρος ζώνης του καναλιού ξεκινά από τα 300 Hz. Δηλαδή, οι πιθανοί κωδικοί δεν χρησιμοποιούνται σε κανάλια συχνότητας φωνής.

Διαμόρφωση εύρους- το φάσμα αποτελείται από ένα ημιτονοειδές της φέρουσας συχνότητας fc και δύο πλευρικές αρμονικές fc+fm και fc-fm, όπου fm είναι η συχνότητα αλλαγής της παραμέτρου πληροφοριών του ημιτονοειδούς, η οποία συμπίπτει με τον ρυθμό δεδομένων όταν χρησιμοποιούνται δύο επίπεδα πλάτους . Η συχνότητα fm καθορίζει τη χωρητικότητα γραμμής για μια δεδομένη μέθοδο κωδικοποίησης. Με μια μικρή συχνότητα διαμόρφωσης, το πλάτος του φάσματος σήματος θα είναι ακόμη μικρό (ίσο με 2fm) και τα σήματα δεν θα παραμορφώνονται από τη γραμμή εάν το εύρος ζώνης είναι μεγαλύτερο ή ίσο με 2fm. Για ένα κανάλι συχνότητας φωνής, αυτή η μέθοδος είναι αποδεκτή με ρυθμό μετάδοσης δεδομένων όχι υψηλότερο από 3100 / 2 = 1550 bit ανά δευτερόλεπτο.

Διαμόρφωση φάσης και συχνότητας- το φάσμα είναι πιο περίπλοκο, αλλά συμμετρικό, με μεγάλο αριθμό ταχέως μειούμενων αρμονικών. Αυτές οι μέθοδοι είναι κατάλληλες για μετάδοση καναλιών συχνότητας φωνής.

Διαμόρφωση τετραγωνικού πλάτους (Quadrate Amplitude Modulation) - Διαμόρφωση φάσης με 8 τιμές μετατόπισης φάσης και διαμόρφωση πλάτους με 4 τιμές πλάτους. Δεν χρησιμοποιούνται και οι 32 συνδυασμοί σημάτων.

Ψηφιακή κωδικοποίηση

Πιθανοί Κώδικες- για την αναπαράσταση λογικών μονάδων και μηδενικών, χρησιμοποιείται μόνο η τιμή του δυναμικού σήματος και οι πτώσεις του, οι οποίες σχηματίζουν πλήρεις παλμούς, δεν λαμβάνονται υπόψη.

Παλμικοί κωδικοί- αντιπροσωπεύουν δυαδικά δεδομένα είτε με παλμούς συγκεκριμένης πολικότητας, είτε από ένα μέρος του παλμού - με μια πιθανή πτώση μιας συγκεκριμένης κατεύθυνσης.

Απαιτήσεις για τη μέθοδο ψηφιακής κωδικοποίησης:

Είχε το μικρότερο εύρος φάσματος του προκύπτοντος σήματος με τον ίδιο ρυθμό μετάδοσης bit (ένα στενότερο φάσμα σήματος σάς επιτρέπει να επιτύχετε υψηλότερο ρυθμό δεδομένων στην ίδια γραμμή, υπάρχει επίσης απαίτηση για την απουσία σταθερού στοιχείου, δηλαδή το παρουσία συνεχούς ρεύματος μεταξύ του πομπού και του δέκτη).

Παρείχε συγχρονισμό μεταξύ του πομπού και του δέκτη (ο δέκτης πρέπει να γνωρίζει ακριβώς σε ποια χρονική στιγμή να διαβάσει τις απαραίτητες πληροφορίες από τη γραμμή, σε τοπικά συστήματα - γραμμές χρονισμού, σε δίκτυα - αυτοσυγχρονιζόμενους κώδικες, τα σήματα των οποίων φέρουν οδηγίες για τον πομπό σε ποιο χρονικό σημείο είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθεί η αναγνώριση του επόμενου bit).

Είχε την ικανότητα να αναγνωρίζει λάθη.

Έχει χαμηλό κόστος υλοποίησης.

Δυνητικός κωδικός χωρίς επιστροφή στο μηδέν. NRZ (Μη Επιστροφή στο Μηδέν). Το σήμα δεν επιστρέφει στο μηδέν μέσα σε έναν κύκλο.

Είναι εύκολο να εφαρμοστεί, έχει καλή ανίχνευση σφαλμάτων λόγω δύο έντονα διαφορετικών σημάτων, αλλά δεν έχει την ιδιότητα του συγχρονισμού. Κατά τη μετάδοση μιας μεγάλης ακολουθίας μηδενικών ή μονάδων, το σήμα στη γραμμή δεν αλλάζει, επομένως ο δέκτης δεν μπορεί να προσδιορίσει πότε πρέπει να διαβαστούν ξανά τα δεδομένα. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι η παρουσία μιας συνιστώσας χαμηλής συχνότητας, η οποία πλησιάζει το μηδέν όταν μεταδίδει μεγάλες ακολουθίες μονάδων και μηδενικών. Στην καθαρή του μορφή, ο κώδικας χρησιμοποιείται σπάνια, χρησιμοποιούνται τροποποιήσεις. Ελκυστικότητα - χαμηλή συχνότητα της θεμελιώδους αρμονικής f0 = N /2.

Διπολική μέθοδος κωδικοποίησης με εναλλακτική αντιστροφή. (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI), τροποποίηση της μεθόδου NRZ.

Το μηδενικό δυναμικό χρησιμοποιείται για την κωδικοποίηση του μηδέν, μια λογική μονάδα κωδικοποιείται είτε με θετικό είτε με αρνητικό δυναμικό, ενώ το δυναμικό κάθε επόμενης μονάδας είναι αντίθετο από το δυναμικό της προηγούμενης. Εξαλείφει εν μέρει τα προβλήματα της σταθερής συνιστώσας και την έλλειψη αυτοσυγχρονισμού. Στην περίπτωση μετάδοσης μιας μεγάλης ακολουθίας από ένα, μια ακολουθία παλμών διαφορετικής πολικότητας με το ίδιο φάσμα με τον κώδικα NRZ που μεταδίδει μια ακολουθία εναλλασσόμενων παλμών, δηλαδή χωρίς σταθερή συνιστώσα και τη θεμελιώδη αρμονική N / 2. Γενικά, η χρήση του AMI έχει ως αποτέλεσμα στενότερο φάσμα από το NRZ, και επομένως υψηλότερη χωρητικότητα ζεύξης. Για παράδειγμα, κατά τη μετάδοση εναλλασσόμενων μηδενικών και μονάδων, η θεμελιώδης αρμονική f0 έχει συχνότητα N/4. Είναι δυνατό να αναγνωριστούν λανθασμένες μεταδόσεις, αλλά για να διασφαλιστεί η αξιόπιστη λήψη, απαιτείται αύξηση της ισχύος περίπου 3 dB, καθώς χρησιμοποιούνται πραγματικά επίπεδα σήματος.

Δυνητικός κωδικός με αντιστροφή στη μονάδα. (Μη επιστροφή στο μηδέν με ανεστραμμένες μονάδες, NRZI) Κωδικός τύπου AMI αλλά με δύο επίπεδα σήματος. Κατά τη μεταφορά μηδέν, μεταδίδεται το δυναμικό του προηγούμενου κύκλου και κατά τη μεταφορά ενός, το δυναμικό αντιστρέφεται στο αντίθετο. Ο κωδικός είναι βολικός σε περιπτώσεις που η χρήση του τρίτου επιπέδου δεν είναι επιθυμητή (οπτικό καλώδιο).

Δύο μέθοδοι χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση του AMI, NRZI. Το πρώτο είναι η προσθήκη περιττών μονάδων στον κώδικα. Εμφανίζεται η ιδιότητα του αυτοσυγχρονισμού, η σταθερή συνιστώσα εξαφανίζεται και το φάσμα περιορίζεται, αλλά το χρήσιμο εύρος ζώνης μειώνεται.

Μια άλλη μέθοδος είναι η «ανάμειξη» των αρχικών πληροφοριών με τέτοιο τρόπο ώστε η πιθανότητα εμφάνισης μονάδων και μηδενικών στη γραμμή γίνεται στενή - κρυπτογράφηση. Και οι δύο μέθοδοι είναι λογική κωδικοποίηση, αφού δεν καθορίζουν το σχήμα των σημάτων στη γραμμή.

Διπολικός κωδικός παλμού. Το ένα αντιπροσωπεύεται από μια ώθηση μιας πολικότητας και το μηδέν αντιπροσωπεύεται από μια άλλη. Κάθε παλμός διαρκεί μισό κύκλο.

Ο κώδικας έχει εξαιρετικές ιδιότητες αυτοχρονισμού, αλλά μπορεί να υπάρχει ένα στοιχείο DC κατά τη μετάδοση μιας μεγάλης ακολουθίας μηδενικών ή μονάδων. Το φάσμα είναι ευρύτερο από αυτό των πιθανών κωδικών.

Κωδικός Μάντσεστερ. Ο πιο συνηθισμένος κώδικας που χρησιμοποιείται σε δίκτυα Ethernet είναι το Token Ring.

Κάθε μέτρο χωρίζεται σε δύο μέρη. Οι πληροφορίες κωδικοποιούνται από πιθανές πτώσεις που συμβαίνουν στη μέση του κύκλου. Μια μονάδα κωδικοποιείται από μια μετάβαση από χαμηλή σε υψηλή και ένα μηδέν κωδικοποιείται από μια αντίστροφη ακμή. Στην αρχή κάθε κύκλου, μπορεί να προκύψει μια υπερυψωμένη ακμή σήματος εάν χρειάζεται να αναπαρασταθούν αρκετά 1 ή 0 στη σειρά. Ο κώδικας έχει εξαιρετικές ιδιότητες αυτοσυγχρονισμού. Το εύρος ζώνης είναι στενότερο από αυτό ενός διπολικού παλμού, δεν υπάρχει σταθερή συνιστώσα και η θεμελιώδης αρμονική έχει συχνότητα N στη χειρότερη περίπτωση και N / 2 στην καλύτερη.

Δυνητικός κωδικός 2B1Q. Κάθε δύο bit μεταδίδονται σε έναν κύκλο από ένα σήμα τεσσάρων καταστάσεων. 00 - -2,5 V, 01 - -0,833 V, 11 - +0,833 V, 10 - +2,5 V. Απαιτούνται πρόσθετα μέσα για την αντιμετώπιση μεγάλων ακολουθιών πανομοιότυπων ζευγών bit. Με την τυχαία παρεμβολή bit, το φάσμα είναι δύο φορές πιο στενό από αυτό του NRZ, αφού με τον ίδιο ρυθμό bit η διάρκεια του ρολογιού διπλασιάζεται, δηλαδή είναι δυνατή η μεταφορά δεδομένων στην ίδια γραμμή δύο φορές πιο γρήγορα από τη χρήση AMI, NRZI, αλλά χρειάζεται μεγάλη ισχύς πομπού.

Λογική κωδικοποίηση

Σχεδιασμένο για να βελτιώνει πιθανούς κώδικες όπως AMI, NRZI, 2B1Q, αντικαθιστώντας μεγάλες ακολουθίες bit που οδηγούν σε ένα σταθερό δυναμικό, διάσπαρτο με αυτά. Χρησιμοποιούνται δύο μέθοδοι - περιττή κωδικοποίηση και κρυπτογράφηση.

Περιττοί κωδικοίβασίζονται στον διαχωρισμό της αρχικής ακολουθίας bit σε τμήματα, τα οποία συχνά ονομάζονται χαρακτήρες, μετά από τα οποία κάθε αρχικός χαρακτήρας αντικαθίσταται από έναν νέο που έχει περισσότερα bit από τον αρχικό.

Ο κώδικας 4B/5B αντικαθιστά τις ακολουθίες 4-bit με ακολουθίες 5-bit. Στη συνέχεια, αντί για συνδυασμούς 16 bit, προκύπτουν 32. Από αυτούς, επιλέγονται 16 που δεν περιέχουν μεγάλο αριθμό μηδενικών, οι υπόλοιποι θεωρούνται απαγορευμένοι κωδικοί (παραβίαση κώδικα). Εκτός από την αφαίρεση του DC και τον αυτοσυγχρονισμό του κώδικα, οι περιττοί κωδικοί επιτρέπουν στον δέκτη να αναγνωρίζει κατεστραμμένα bit. Εάν ο δέκτης λάβει απαγορευμένους κωδικούς, τότε το σήμα έχει παραμορφωθεί στη γραμμή.

Αυτός ο κώδικας μεταδίδεται μέσω της γραμμής χρησιμοποιώντας φυσική κωδικοποίηση χρησιμοποιώντας μία από τις πιθανές μεθόδους κωδικοποίησης που είναι ευαίσθητη μόνο σε μεγάλες ακολουθίες μηδενικών. Ο κωδικός εγγυάται ότι δεν θα υπάρχουν περισσότερα από τρία μηδενικά στη σειρά στη γραμμή. Υπάρχουν και άλλοι κωδικοί, όπως 8V/6T.

Για να διασφαλιστεί το καθορισμένο εύρος ζώνης, ο πομπός πρέπει να λειτουργεί με αυξημένη συχνότητα ρολογιού (για 100 Mb / s - 125 MHz). Το φάσμα του σήματος επεκτείνεται σε σύγκριση με το αρχικό, αλλά παραμένει στενότερο από το φάσμα του κώδικα του Μάντσεστερ.

Scrambling - ανάμειξη δεδομένων με scrambler πριν από τη μεταφορά τους από τη γραμμή.

Οι μέθοδοι κρυπτογράφησης συνίστανται στον υπολογισμό bit-by-bit του προκύπτοντος κώδικα με βάση τα bit του πηγαίου κώδικα και τα bit του προκύπτοντος κώδικα που ελήφθησαν σε προηγούμενους κύκλους. Για παράδειγμα,

B i \u003d A i xor B i -3 xor B i -5,

όπου B i είναι το δυαδικό ψηφίο του προκύπτοντος κωδικού που λαμβάνεται στον i-ο κύκλο του προγράμματος περιήγησης, A i είναι το δυαδικό ψηφίο του πηγαίου κώδικα που φτάνει στον i-ο κύκλο στην είσοδο του προγράμματος περιπλοκής, B i - 3 και B i -5 είναι τα δυαδικά ψηφία του προκύπτοντος κώδικα που ελήφθη στους προηγούμενους κύκλους εργασίας.

Για την ακολουθία 110110000001, το scrambler θα δώσει 110001101111, δηλαδή δεν θα υπάρχει ακολουθία έξι διαδοχικών μηδενικών.

Αφού λάβει την προκύπτουσα ακολουθία, ο δέκτης θα τη μεταφέρει στον αποκωδικοποιητή, ο οποίος θα εφαρμόσει τον αντίστροφο μετασχηματισμό

C i \u003d B i xor B i-3 xor B i-5,

Τα διαφορετικά συστήματα κρυπτογράφησης διαφέρουν ως προς τον αριθμό των όρων και τη μετατόπιση μεταξύ τους.

Υπάρχουν απλούστερες μέθοδοι αντιμετώπισης ακολουθιών μηδενικών ή μονάδων, οι οποίες αναφέρονται επίσης ως μέθοδοι κρυπτογράφησης.

Για τη βελτίωση της Διπολικής ΑΜΙ χρησιμοποιούνται:

B8ZS (Διπολικό με Αντικατάσταση 8 Μηδενικών) - διορθώνει μόνο ακολουθίες που αποτελούνται από 8 μηδενικά.

Για να γίνει αυτό, μετά τα τρία πρώτα μηδενικά, αντί για τα υπόλοιπα πέντε, εισάγει πέντε σήματα V-1 * -0-V-1 *, όπου το V σημαίνει ένα σήμα που απαγορεύεται για έναν δεδομένο κύκλο πολικότητας, δηλαδή ένα σήμα που δεν αλλάζει την πολικότητα του προηγούμενου, 1 * - ένα σήμα μιας μονάδας σωστής πολικότητας και το σύμβολο του αστερίσκου σηματοδοτεί το γεγονός ότι στον πηγαίο κώδικα σε αυτόν τον κύκλο δεν υπήρχε μια μονάδα, αλλά ένα μηδέν. Ως αποτέλεσμα, ο δέκτης βλέπει 2 παραμορφώσεις σε 8 κύκλους - είναι πολύ απίθανο αυτό να συνέβη λόγω θορύβου στη γραμμή. Επομένως, ο δέκτης αντιμετωπίζει τέτοιες παραβιάσεις ως κωδικοποίηση 8 διαδοχικών μηδενικών. Σε αυτόν τον κώδικα, η σταθερή συνιστώσα είναι μηδέν για οποιαδήποτε ακολουθία δυαδικών ψηφίων.

Ο κωδικός HDB3 διορθώνει τυχόν τέσσερα διαδοχικά μηδενικά στην αρχική ακολουθία. Κάθε τέσσερα μηδενικά αντικαθίστανται από τέσσερα σήματα που έχουν ένα σήμα V. Για την καταστολή της συνιστώσας DC, η πολικότητα του σήματος V αντιστρέφεται σε διαδοχικές αλλαγές. Επιπλέον, δύο μοτίβα κωδικών τεσσάρων κύκλων χρησιμοποιούνται για αντικατάσταση. Εάν πριν από την αντικατάσταση ο πηγαίος κώδικας περιείχε μονό αριθμό μονάδων, τότε χρησιμοποιείται η ακολουθία 000V και εάν ο αριθμός των μονάδων ήταν ζυγός, η ακολουθία 1*00V.

Οι βελτιωμένοι υποψήφιοι κωδικοί έχουν ένα αρκετά στενό εύρος ζώνης για οποιεσδήποτε ακολουθίες μηδενικών και μονάδων που εμφανίζονται στα μεταδιδόμενα δεδομένα.

Σελίδα 27 από 27 Φυσική βάση μετάδοσης δεδομένων(Γραμμές επικοινωνίας,)

Φυσική βάση μετάδοσης δεδομένων

Οποιαδήποτε τεχνολογία δικτύου πρέπει να παρέχει αξιόπιστη και γρήγορη μετάδοση διακριτών δεδομένων μέσω γραμμών επικοινωνίας. Και παρόλο που υπάρχουν μεγάλες διαφορές μεταξύ των τεχνολογιών, βασίζονται στις γενικές αρχές της διακριτής μετάδοσης δεδομένων. Αυτές οι αρχές ενσωματώνονται σε μεθόδους αναπαράστασης δυαδικών μονάδων και μηδενικών χρησιμοποιώντας παλμικά ή ημιτονοειδή σήματα σε γραμμές επικοινωνίας διαφόρων φυσικών φύσεων, μεθόδους ανίχνευσης και διόρθωσης σφαλμάτων, μεθόδους συμπίεσης και μεθόδους μεταγωγής.

γραμμέςσυνδέσεις

Πρωτεύοντα δίκτυα, γραμμές και κανάλια επικοινωνίας

Κατά την περιγραφή ενός τεχνικού συστήματος που μεταδίδει πληροφορίες μεταξύ κόμβων δικτύου, στη βιβλιογραφία μπορούν να βρεθούν διάφορα ονόματα: γραμμή επικοινωνίας, σύνθετο κανάλι, κανάλι, σύνδεσμος.Συχνά αυτοί οι όροι χρησιμοποιούνται εναλλακτικά και σε πολλές περιπτώσεις αυτό δεν προκαλεί προβλήματα. Ταυτόχρονα, υπάρχουν ιδιαιτερότητες στη χρήση τους.

Σύνδεσμος(σύνδεσμος) είναι ένα τμήμα που παρέχει μεταφορά δεδομένων μεταξύ δύο γειτονικών κόμβων δικτύου. Δηλαδή, ο σύνδεσμος δεν περιέχει ενδιάμεσες συσκευές μεταγωγής και πολυπλεξίας.

Κανάλι(κανάλι) συνήθως υποδηλώνουν το μέρος του εύρους ζώνης σύνδεσης που χρησιμοποιείται ανεξάρτητα στη μεταγωγή. Για παράδειγμα, μια κύρια σύνδεση δικτύου μπορεί να αποτελείται από 30 κανάλια, καθένα από τα οποία έχει εύρος ζώνης 64 Kbps.

Σύνθετο κανάλι(κύκλωμα) είναι μια διαδρομή μεταξύ δύο ακραίων κόμβων ενός δικτύου. Ένας σύνθετος σύνδεσμος σχηματίζεται από μεμονωμένους ενδιάμεσους συνδέσμους και εσωτερικές συνδέσεις στους διακόπτες. Συχνά το επίθετο "σύνθετο" παραλείπεται και ο όρος "κανάλι" χρησιμοποιείται για να σημαίνει τόσο ένα σύνθετο κανάλι όσο και ένα κανάλι μεταξύ παρακείμενων κόμβων, δηλαδή εντός ενός συνδέσμου.

Γραμμή επικοινωνίαςμπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συνώνυμο για οποιονδήποτε από τους άλλους τρεις όρους.

Στο σχ. εμφανίζονται δύο παραλλαγές της γραμμής επικοινωνίας. Στην πρώτη περίπτωση ( ΕΝΑ) η γραμμή αποτελείται από ένα τμήμα καλωδίου μήκους πολλών δεκάδων μέτρων και είναι ένας σύνδεσμος. Στη δεύτερη περίπτωση (β), η ζεύξη είναι μια σύνθετη ζεύξη που αναπτύσσεται σε ένα δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος. Ένα τέτοιο δίκτυο θα μπορούσε να είναι πρωτεύον δίκτυοή τηλεφωνικό δίκτυο.

Ωστόσο, για ένα δίκτυο υπολογιστών, αυτή η γραμμή είναι ένας σύνδεσμος, καθώς συνδέει δύο γειτονικούς κόμβους και όλος ο ενδιάμεσος εξοπλισμός μεταγωγής είναι διαφανής σε αυτούς τους κόμβους. Ο λόγος για την αμοιβαία παρεξήγηση σε επίπεδο όρων ειδικών υπολογιστών και ειδικών πρωτογενών δικτύων είναι προφανής εδώ.

Τα πρωτεύοντα δίκτυα δημιουργούνται ειδικά για την παροχή υπηρεσιών μετάδοσης δεδομένων για δίκτυα υπολογιστών και τηλεφώνου, τα οποία σε τέτοιες περιπτώσεις λέγεται ότι λειτουργούν "πάνω από" τα πρωτεύοντα δίκτυα και είναι δίκτυα επικάλυψης.

Ταξινόμηση γραμμών επικοινωνίας

Γραμμή επικοινωνίας γενικά αποτελείται από ένα φυσικό μέσο μέσω του οποίου μεταδίδονται ηλεκτρικά σήματα πληροφοριών, εξοπλισμό μετάδοσης δεδομένων και ενδιάμεσο εξοπλισμό. Το φυσικό μέσο για τη μετάδοση δεδομένων (φυσικά μέσα) μπορεί να είναι ένα καλώδιο, δηλαδή ένα σύνολο συρμάτων, μονωτικών και προστατευτικών περιβλημάτων και συνδέσμων, καθώς και η ατμόσφαιρα της γης ή ο εξωτερικός χώρος μέσω του οποίου διαδίδονται ηλεκτρομαγνητικά κύματα.

Στην πρώτη περίπτωση, μιλάμε για ενσύρματο περιβάλλον,και στο δεύτερο - ασύρματος.

Στα σύγχρονα τηλεπικοινωνιακά συστήματα, οι πληροφορίες μεταδίδονται χρησιμοποιώντας ηλεκτρικό ρεύμα ή τάση, σήματα ραδιοφώνου ή φωτεινά σήματα- όλες αυτές οι φυσικές διεργασίες είναι ταλαντώσεις του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου διαφορετικών συχνοτήτων.

Ενσύρματες (εναέριες) γραμμέςΟι δεσμοί είναι σύρματα χωρίς μονωτικές ή προστατευτικές πλεξούδες, που τοποθετούνται μεταξύ των πόλων και κρέμονται στον αέρα. Ακόμη και στο πρόσφατο παρελθόν, τέτοιες γραμμές επικοινωνίας ήταν οι κύριες για τη μετάδοση τηλεφωνικών ή τηλεγραφικών σημάτων. Σήμερα, οι ενσύρματες γραμμές επικοινωνίας αντικαθίστανται γρήγορα από καλωδιακές. Αλλά σε ορισμένα σημεία εξακολουθούν να διατηρούνται και, ελλείψει άλλων δυνατοτήτων, συνεχίζουν να χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση δεδομένων υπολογιστή. Οι ιδιότητες υψηλής ταχύτητας και η προστασία από τον θόρυβο αυτών των γραμμών αφήνουν πολλά να είναι επιθυμητά.

καλωδιακές γραμμέςέχουν μάλλον πολύπλοκη δομή. Το καλώδιο αποτελείται από αγωγούς που περικλείονται σε διάφορα στρώματα μόνωσης: ηλεκτρικά, ηλεκτρομαγνητικά, μηχανικά και πιθανώς κλιματικά. Επιπλέον, το καλώδιο μπορεί να εξοπλιστεί με υποδοχές που σας επιτρέπουν να συνδέσετε γρήγορα διάφορους εξοπλισμούς σε αυτό. Τρεις κύριοι τύποι καλωδίων χρησιμοποιούνται σε δίκτυα υπολογιστών (και τηλεπικοινωνιών): καλώδια που βασίζονται σε συνεστραμμένα ζεύγη καλωδίων χαλκού - Αθωράκιστο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους(Unshielded Twisted Pair, UTP) και θωρακισμένο στριμμένο ζευγάρι(Shielded Twisted Pair, STP), ομοαξονικά καλώδιαμε πυρήνα χαλκού, καλώδια οπτικών ινών. Καλούνται επίσης οι δύο πρώτοι τύποι καλωδίων καλώδια χαλκού.

ραδιοφωνικά κανάλιαΟι επίγειες και οι δορυφορικές επικοινωνίες σχηματίζονται χρησιμοποιώντας πομπό και δέκτη ραδιοκυμάτων. Υπάρχει μεγάλη ποικιλία τύπων ραδιοφωνικών καναλιών, που διαφέρουν τόσο στο εύρος συχνοτήτων που χρησιμοποιείται όσο και στο εύρος καναλιών. Ραδιοφωνικές ζώνες εκπομπής(μακριά, μεσαία και μικρά κύματα), που ονομάζονται επίσης μπάντες AM,ή εύρη διαμόρφωσης πλάτους (Amplitude Modulation, AM), παρέχουν επικοινωνία σε μεγάλες αποστάσεις, αλλά με χαμηλό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων. Τα πιο γρήγορα κανάλια είναι αυτά που χρησιμοποιούν πολύ υψηλές περιοχές συχνοτήτων(Very High Frequency, VHF), που χρησιμοποιεί διαμόρφωση συχνότητας (Frequency Modulation, FM). Χρησιμοποιείται επίσης για μεταφορά δεδομένων. ζώνες εξαιρετικά υψηλών συχνοτήτων(Ultra High Frequency, UHF), που ονομάζεται επίσης φάσμα μικροκυμάτων(πάνω από 300 MHz). Σε συχνότητες άνω των 30 MHz, τα σήματα δεν αντανακλώνται πλέον από την ιονόσφαιρα της Γης και η σταθερή επικοινωνία απαιτεί οπτική επαφή μεταξύ πομπού και δέκτη. Επομένως, τέτοιες συχνότητες χρησιμοποιούν είτε δορυφορικά κανάλια, είτε κανάλια μικροκυμάτων, είτε τοπικά ή δίκτυα κινητής τηλεφωνίας, όπου πληρούται αυτή η προϋπόθεση.

Θέμα 2. Φυσικό στρώμα

Σχέδιο

Θεωρητικές βάσεις μετάδοσης δεδομένων

Οι πληροφορίες μπορούν να μεταδοθούν μέσω καλωδίων αλλάζοντας κάποια φυσική ποσότητα, όπως τάση ή ρεύμα. Με την αναπαράσταση της τιμής της τάσης ή του ρεύματος ως συνάρτηση με μία μόνο τιμή του χρόνου, είναι δυνατό να μοντελοποιηθεί η συμπεριφορά του σήματος και να υποβληθεί σε μαθηματική ανάλυση.

Σειρά Fourier

Στις αρχές του 19ου αιώνα, ο Γάλλος μαθηματικός Jean-Baptiste Fourier απέδειξε ότι οποιαδήποτε περιοδική συνάρτηση με περίοδο Τ μπορεί να επεκταθεί σε μια σειρά (πιθανώς άπειρη) που αποτελείται από αθροίσματα ημιτόνων και συνημίτονων:
(2.1)
όπου είναι η θεμελιώδης συχνότητα (αρμονική), και είναι τα πλάτη των ημιτόνων και των συνημιτόνων της νης αρμονικής, και c είναι μια σταθερά. Μια τέτοια επέκταση ονομάζεται σειρά Fourier. Η συνάρτηση που επεκτάθηκε στη σειρά Fourier μπορεί να αποκατασταθεί από τα στοιχεία αυτής της σειράς, δηλαδή, εάν η περίοδος T και τα πλάτη των αρμονικών είναι γνωστά, τότε η αρχική συνάρτηση μπορεί να αποκατασταθεί χρησιμοποιώντας το άθροισμα της σειράς (2.1).
Ένα σήμα πληροφοριών που έχει πεπερασμένη διάρκεια (όλα τα σήματα πληροφοριών έχουν πεπερασμένη διάρκεια) μπορεί να επεκταθεί σε μια σειρά Fourier αν φανταστούμε ότι ολόκληρο το σήμα επαναλαμβάνεται απεριόριστα ξανά και ξανά (δηλαδή, το διάστημα από T έως 2T επαναλαμβάνει πλήρως το μεσοδιάστημα από 0 έως Τ, κ.λπ.).
Τα πλάτη μπορούν να υπολογιστούν για οποιαδήποτε δεδομένη συνάρτηση. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να πολλαπλασιάσετε την αριστερή και τη δεξιά πλευρά της εξίσωσης (2.1) επί και στη συνέχεια να ενσωματώσετε από το 0 στο T. Επειδή:
(2.2)
μόνο ένα μέλος της σειράς παραμένει. Η γραμμή εξαφανίζεται εντελώς. Ομοίως, πολλαπλασιάζοντας την εξίσωση (2.1) με και ολοκληρώνοντας με την πάροδο του χρόνου από το 0 στο Τ, μπορεί κανείς να υπολογίσει τις τιμές. Αν ενσωματώσουμε και τα δύο μέρη της εξίσωσης χωρίς να την αλλάξουμε, μπορούμε να πάρουμε την τιμή της σταθεράς Με. Τα αποτελέσματα αυτών των ενεργειών θα είναι τα εξής:
(2.3.)

Διαχειριζόμενα μέσα αποθήκευσης

Ο σκοπός του φυσικού επιπέδου ενός δικτύου είναι να μεταφέρει το πρωτογενές bitstream από το ένα μηχάνημα στο άλλο. Διάφορα φυσικά μέσα, που ονομάζονται επίσης μέσα διάδοσης σήματος, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μετάδοση. Κάθε ένα από αυτά έχει ένα χαρακτηριστικό σύνολο εύρους ζώνης, καθυστερήσεων, τιμών και ευκολίας εγκατάστασης και χρήσης. Τα μέσα μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες: κατευθυνόμενα μέσα όπως χάλκινο σύρμα και καλώδιο οπτικών ινών και μη κατευθυνόμενα μέσα όπως ραδιόφωνο και μετάδοση δέσμης λέιζερ χωρίς καλώδιο.

Μαγνητικά μέσα

Ένας από τους ευκολότερους τρόπους μεταφοράς δεδομένων από έναν υπολογιστή σε άλλο είναι να τα γράψετε σε κασέτα ή σε άλλα αφαιρούμενα μέσα (όπως ένα επανεγγράψιμο DVD), να μεταφέρετε φυσικά αυτές τις κασέτες και τους δίσκους στον προορισμό και να τις διαβάσετε εκεί.
Υψηλή απόδοση. Μια τυπική κασέτα ταινίας Ultrium χωράει 200 ​​GB. Περίπου 1000 από αυτές τις κασέτες τοποθετούνται σε ένα κουτί 60x60x60, το οποίο δίνει συνολική χωρητικότητα 1600 Tbit (1,6 Pbit). Ένα κουτί με κασέτες μπορεί να αποσταλεί εντός των ΗΠΑ εντός 24 ωρών από την Federal Express ή άλλη εταιρεία. Το πραγματικό εύρος ζώνης για αυτήν τη μετάδοση είναι 1600 Tbps/86400 s ή 19 Gbps. Εάν ο προορισμός απέχει μόνο μία ώρα, τότε η απόδοση θα είναι πάνω από 400 Gbps. Κανένα δίκτυο υπολογιστών δεν είναι ακόμη σε θέση να πλησιάσει τέτοιους δείκτες.
Κερδοφορία. Η χονδρική τιμή της κασέτας είναι περίπου $40. Ένα κουτί με κορδέλες θα κοστίζει 4.000 δολάρια και η ίδια κορδέλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί δεκάδες φορές. Ρίξτε 1.000 $ για αποστολή (στην πραγματικότητα, πολύ λιγότερα) και λαμβάνετε περίπου 5.000 $ για μεταφορά 200 TB ή 3 σεντς ανά gigabyte.
Ελαττώματα. Αν και η ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων με χρήση μαγνητικής ταινίας είναι εξαιρετική, ωστόσο, η καθυστέρηση σε μια τέτοια μεταφορά είναι πολύ μεγάλη. Ο χρόνος μεταφοράς μετριέται σε λεπτά ή ώρες, όχι σε χιλιοστά του δευτερολέπτου. Πολλές εφαρμογές απαιτούν άμεση απόκριση από το απομακρυσμένο σύστημα (σε συνδεδεμένη λειτουργία).

συνεστραμμένο ζευγάρι

Ένα συνεστραμμένο ζεύγος αποτελείται από δύο μονωμένα χάλκινα σύρματα με τυπική διάμετρο 1 mm. Τα καλώδια περιστρέφονται το ένα γύρω από το άλλο με τη μορφή σπείρας. Αυτό σας επιτρέπει να μειώσετε την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση πολλών γειτονικών συνεστραμμένων ζευγών.
Εφαρμογή - τηλεφωνική γραμμή, δίκτυο υπολογιστών. Μπορεί να μεταδώσει ένα σήμα χωρίς εξασθένηση της ισχύος σε απόσταση πολλών χιλιομέτρων. Απαιτούνται επαναλήπτες για μεγαλύτερες αποστάσεις. Συνδυάζονται σε καλώδιο, με προστατευτική επίστρωση. Ένα ζεύγος καλωδίων είναι στριμμένα στο καλώδιο για να αποφευχθεί η επικάλυψη σήματος. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μετάδοση τόσο αναλογικών όσο και ψηφιακών δεδομένων. Το εύρος ζώνης εξαρτάται από τη διάμετρο και το μήκος του καλωδίου, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις, πολλά megabits ανά δευτερόλεπτο μπορούν να επιτευχθούν σε αποστάσεις πολλών χιλιομέτρων. Λόγω του αρκετά υψηλού εύρους ζώνης και του χαμηλού κόστους, τα καλώδια συνεστραμμένου ζεύγους χρησιμοποιούνται ευρέως και πιθανότατα θα συνεχίσουν να είναι δημοφιλή στο μέλλον.
Τα καλώδια συνεστραμμένου ζεύγους διατίθενται σε διάφορες μορφές, δύο από τις οποίες είναι ιδιαίτερα σημαντικές στον τομέα της δικτύωσης υπολογιστών. Το συνεστραμμένο ζεύγος κατηγορίας 3 (CAT 3) αποτελείται από δύο μονωμένα σύρματα στριμμένα μεταξύ τους. Τέσσερα τέτοια ζεύγη τοποθετούνται συνήθως μαζί σε ένα πλαστικό κέλυφος.
Το συνεστραμμένο ζεύγος κατηγορίας 5 (CAT 5) είναι παρόμοιο με το συνεστραμμένο ζεύγος κατηγορίας 3, αλλά έχει περισσότερες στροφές ανά εκατοστό μήκους σύρματος. Αυτό καθιστά δυνατή την περαιτέρω μείωση των παρεμβολών μεταξύ διαφορετικών καναλιών και την παροχή βελτιωμένης ποιότητας μετάδοσης σήματος σε μεγάλες αποστάσεις (Εικ. 1).

Ρύζι. 1. UTP κατηγορίας 3 (α), UTP κατηγορίας 5 (β).
Όλοι αυτοί οι τύποι συνδέσεων αναφέρονται συχνά ως UTP (unshielded twisted pair - unshielded twisted pair)
Τα θωρακισμένα καλώδια συνεστραμμένου ζεύγους της IBM δεν έγιναν δημοφιλή εκτός της IBM.

Ομοαξονικό καλώδιο

Ένα άλλο κοινό μέσο μετάδοσης δεδομένων είναι το ομοαξονικό καλώδιο. Είναι καλύτερα θωρακισμένο από το συνεστραμμένο ζεύγος, επομένως μπορεί να μεταφέρει δεδομένα σε μεγαλύτερες αποστάσεις με υψηλότερες ταχύτητες. Δύο τύποι καλωδίων χρησιμοποιούνται ευρέως. Ένα από αυτά, 50-ohm, χρησιμοποιείται συνήθως για μετάδοση αποκλειστικά ψηφιακών δεδομένων. Ένας άλλος τύπος καλωδίου, 75-ohm, χρησιμοποιείται συχνά για τη μετάδοση αναλογικών πληροφοριών, καθώς και στην καλωδιακή τηλεόραση.
Η τομή του καλωδίου φαίνεται στο σχήμα 2.

Ρύζι. 2. Ομοαξονικό καλώδιο.
Ο σχεδιασμός και ο ειδικός τύπος θωράκισης του ομοαξονικού καλωδίου παρέχουν υψηλό εύρος ζώνης και εξαιρετική ατρωσία από τον θόρυβο. Η μέγιστη απόδοση εξαρτάται από την ποιότητα, το μήκος και την αναλογία σήματος προς θόρυβο της γραμμής. Τα σύγχρονα καλώδια έχουν εύρος ζώνης περίπου 1 GHz.
Εφαρμογή - τηλεφωνικά συστήματα (κεντρικό δίκτυο), καλωδιακή τηλεόραση, περιφερειακά δίκτυα.

οπτικές ίνες

Η τρέχουσα τεχνολογία οπτικών ινών μπορεί να φτάσει σε ταχύτητες δεδομένων έως και 50.000 Gb/s (50 Tb/s) και πολλοί άνθρωποι αναζητούν καλύτερα υλικά. Το σημερινό πρακτικό όριο των 10 Gbps οφείλεται στην αδυναμία μετατροπής των ηλεκτρικών σημάτων σε οπτικά σήματα και αντίστροφα ταχύτερα, αν και τα 100 Gbps σε μία ίνα έχουν ήδη επιτευχθεί σε εργαστηριακές συνθήκες.
Ένα σύστημα μετάδοσης δεδομένων οπτικών ινών αποτελείται από τρία κύρια στοιχεία: μια πηγή φωτός, έναν φορέα μέσω του οποίου διαδίδεται το φωτεινό σήμα και έναν δέκτη σήματος ή ανιχνευτή. Ένας παλμός φωτός λαμβάνεται ως ένα και η απουσία παλμού λαμβάνεται ως μηδέν. Το φως διαδίδεται σε μια εξαιρετικά λεπτή ίνα γυαλιού. Όταν το φως το χτυπά, ο ανιχνευτής παράγει μια ηλεκτρική ώθηση. Με τη σύνδεση μιας πηγής φωτός στο ένα άκρο μιας οπτικής ίνας και ενός ανιχνευτή στο άλλο, επιτυγχάνεται ένα μονοκατευθυντικό σύστημα μετάδοσης δεδομένων.
Κατά τη μετάδοση ενός φωτεινού σήματος, χρησιμοποιείται η ιδιότητα ανάκλασης και διάθλασης του φωτός κατά τη μετάβαση από 2 μέσα. Έτσι, όταν το φως παρέχεται σε μια ορισμένη γωνία ως προς το όριο του μέσου, η δέσμη φωτός ανακλάται πλήρως και κλειδώνεται στην ίνα (Εικ. 3).

Ρύζι. 3. Ιδιότητα διάθλασης φωτός.
Υπάρχουν 2 τύποι καλωδίων οπτικών ινών: multi-mode - μεταδίδει μια δέσμη φωτός, single-mode - λεπτό στο όριο πολλών μηκών κύματος, λειτουργεί σχεδόν σαν κυματοδηγός, το φως κινείται σε ευθεία γραμμή χωρίς ανάκλαση. Οι σημερινές συνδέσεις οπτικών ινών μονής λειτουργίας μπορούν να λειτουργούν με ταχύτητα 50 Gbps σε αποστάσεις έως και 100 km.
Τρεις περιοχές μήκους κύματος χρησιμοποιούνται σε συστήματα επικοινωνίας: 0,85, 1,30 και 1,55 μm, αντίστοιχα.
Η δομή του καλωδίου οπτικών ινών είναι παρόμοια με αυτή του ομοαξονικού σύρματος. Η μόνη διαφορά είναι ότι το πρώτο δεν έχει πλέγμα διαλογής.
Στο κέντρο του πυρήνα των οπτικών ινών υπάρχει ένας γυάλινος πυρήνας μέσω του οποίου διαδίδεται το φως. Η πολύτροπη ίνα έχει διάμετρο πυρήνα 50 μm, που είναι περίπου το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας. Ο πυρήνας σε μια ίνα μονής λειτουργίας έχει διάμετρο 8 έως 10 μm. Ο πυρήνας καλύπτεται με ένα στρώμα γυαλιού με χαμηλότερο δείκτη διάθλασης από αυτόν του πυρήνα. Έχει σχεδιαστεί για να αποτρέπει με μεγαλύτερη αξιοπιστία το φως να διαφεύγει από τον πυρήνα. Το εξωτερικό στρώμα είναι ένα πλαστικό κέλυφος που προστατεύει το τζάμι. Οι πυρήνες οπτικών ινών συνήθως ομαδοποιούνται σε δέσμες που προστατεύονται από ένα εξωτερικό περίβλημα. Το σχήμα 4 δείχνει ένα καλώδιο τριών πυρήνων.

Ρύζι. 4. Καλώδιο οπτικών ινών τριών πυρήνων.
Σε περίπτωση διακοπής, η σύνδεση των τμημάτων του καλωδίου μπορεί να πραγματοποιηθεί με τρεις τρόπους:

Στο άκρο του καλωδίου μπορεί να συνδεθεί ένας ειδικός σύνδεσμος, με τον οποίο το καλώδιο εισάγεται σε μια οπτική υποδοχή. Η απώλεια είναι 10-20% της έντασης φωτός, αλλά διευκολύνει την αλλαγή της διαμόρφωσης του συστήματος.
Συναρμολόγηση - δύο όμορφα κομμένα άκρα του καλωδίου τοποθετούνται το ένα δίπλα στο άλλο και σφίγγονται με ένα ειδικό μανίκι. Η βελτιωμένη μετάδοση του φωτός επιτυγχάνεται με την ευθυγράμμιση των άκρων του καλωδίου. Απώλεια - 10% της φωτεινής ισχύος.
Σύντηξη. Πρακτικά δεν υπάρχει απώλεια.

Δύο τύποι πηγής φωτός μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μετάδοση ενός σήματος μέσω ενός καλωδίου οπτικών ινών: δίοδοι εκπομπής φωτός (LED, δίοδος εκπομπής φωτός) και λέιζερ ημιαγωγών. Τα συγκριτικά τους χαρακτηριστικά δίνονται στον πίνακα 1.

Τραπέζι 1.
Πίνακας σύγκρισης χρήσης λέιζερ LED και ημιαγωγών
Το άκρο λήψης ενός οπτικού καλωδίου είναι μια φωτοδίοδος που παράγει έναν ηλεκτρικό παλμό όταν πέφτει φως πάνω του.

Συγκριτικά χαρακτηριστικά καλωδίου οπτικών ινών και σύρματος χαλκού.

Η οπτική ίνα έχει πολλά πλεονεκτήματα:

Υψηλή ταχύτητα.
Λιγότερη εξασθένηση σήματος, λιγότερη έξοδος επαναλήπτη (ένας ανά 50 km, όχι 5)
Αδρανή στην εξωτερική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, χημικά ουδέτερη.
Πιο ελαφρύ σε βάρος. 1000 συνεστραμμένα ζεύγη χαλκού μήκους 1 km ζυγίζουν περίπου 8000 kg. Ένα ζεύγος καλωδίων οπτικών ινών ζυγίζει μόνο 100 κιλά με μεγαλύτερο εύρος ζώνης
Χαμηλό κόστος τοποθέτησης

Ελαττώματα:

Δυσκολία και ικανότητα εγκατάστασης.
εύθραυστο
Περισσότερο από χαλκό.
μετάδοση σε λειτουργία simplex, απαιτούνται τουλάχιστον 2 καλώδια μεταξύ των δικτύων.

Ασύρματη σύνδεση

ηλεκτρομαγνητικό φάσμα

Η κίνηση των ηλεκτρονίων δημιουργεί ηλεκτρομαγνητικά κύματα που μπορούν να διαδοθούν στο διάστημα (ακόμη και στο κενό). Ο αριθμός των ταλαντώσεων των ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων ανά δευτερόλεπτο ονομάζεται συχνότητα και μετριέται σε Hertz. Η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών υψηλών (ή χαμηλών) ονομάζεται μήκος κύματος. Αυτή η τιμή παραδοσιακά υποδηλώνεται με το ελληνικό γράμμα (λάμδα).
Εάν στο ηλεκτρικό κύκλωμα περιλαμβάνεται μια κεραία κατάλληλου μεγέθους, τότε τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να ληφθούν με επιτυχία από τον δέκτη σε μια ορισμένη απόσταση. Όλα τα συστήματα ασύρματης επικοινωνίας βασίζονται σε αυτήν την αρχή.
Στο κενό, όλα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ταξιδεύουν με την ίδια ταχύτητα, ανεξάρτητα από τη συχνότητά τους. Αυτή η ταχύτητα ονομάζεται ταχύτητα του φωτός, - 3*108 m/s. Στον χαλκό ή στο γυαλί, η ταχύτητα του φωτός είναι περίπου τα 2/3 αυτής της τιμής και εξαρτάται επίσης ελαφρώς από τη συχνότητα.
Σχέση ποσοτήτων και:

Αν η συχνότητα () μετριέται σε MHz και το μήκος κύματος () σε μέτρα τότε.
Το σύνολο όλων των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σχηματίζει το λεγόμενο συνεχές φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (Εικ. 5). Το ραδιόφωνο, τα μικροκύματα, το υπέρυθρο και το ορατό φως μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μετάδοση πληροφοριών χρησιμοποιώντας διαμόρφωση πλάτους, συχνότητας ή φάσης των κυμάτων. Η υπεριώδης ακτινοβολία, η ακτινοβολία ακτίνων Χ και η γάμμα θα ήταν ακόμη καλύτερες λόγω των υψηλών συχνοτήτων τους, αλλά είναι δύσκολο να δημιουργηθούν και να διαμορφωθούν, δεν διεισδύουν καλά στα κτίρια και, επιπλέον, είναι επικίνδυνα για όλα τα ζωντανά όντα. Η επίσημη ονομασία των σειρών δίνεται στον Πίνακα 6.

Ρύζι. 5. Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα και εφαρμογή του στις επικοινωνίες.
Πίνακας 2.
Επίσημα ονόματα συγκροτημάτων ITU
Η ποσότητα των πληροφοριών που μπορεί να μεταφέρει ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα σχετίζεται με το εύρος συχνοτήτων του καναλιού. Οι σύγχρονες τεχνολογίες καθιστούν δυνατή την κωδικοποίηση πολλών bit ανά hertz σε χαμηλές συχνότητες. Υπό ορισμένες συνθήκες, αυτός ο αριθμός μπορεί να οκταπλασιαστεί στις υψηλές συχνότητες.
Γνωρίζοντας το πλάτος του εύρους μήκους κύματος, είναι δυνατός ο υπολογισμός του αντίστοιχου εύρους συχνοτήτων και του ρυθμού δεδομένων.

Παράδειγμα: Για μια σειρά καλωδίων οπτικών ινών 1,3 micron, τότε. Στη συνέχεια, στα 8 bps αποδεικνύεται ότι μπορείτε να πάρετε έναν ρυθμό μεταφοράς 240 Tbps.

Ραδιοεπικοινωνία

Τα ραδιοκύματα παράγονται εύκολα, ταξιδεύουν μεγάλες αποστάσεις, περνούν μέσα από τοίχους, περιφέρονται γύρω από κτίρια, διαδίδονται προς όλες τις κατευθύνσεις. Οι ιδιότητες των ραδιοκυμάτων εξαρτώνται από τη συχνότητα (Εικ. 6). Όταν λειτουργούν σε χαμηλές συχνότητες, τα ραδιοκύματα περνούν καλά μέσα από εμπόδια, αλλά η ισχύς του σήματος στον αέρα πέφτει απότομα καθώς απομακρύνεστε από τον πομπό. Ο λόγος ισχύος και απόστασης από την πηγή εκφράζεται περίπου ως εξής: 1/r2. Σε υψηλές συχνότητες, τα ραδιοκύματα γενικά τείνουν να ταξιδεύουν μόνο σε ευθεία γραμμή και να αναπηδούν από εμπόδια. Επιπλέον, απορροφώνται, για παράδειγμα, από τη βροχή. Τα ραδιοσήματα οποιασδήποτε συχνότητας υπόκεινται σε παρεμβολές από κινητήρες με σπινθηροβούρτσα και άλλο ηλεκτρικό εξοπλισμό.

Ρύζι. 6. Τα κύματα των ζωνών VLF, LF, MF περιστρέφονται γύρω από την τραχύτητα της επιφάνειας της γης (α), τα κύματα των ζωνών HF και VHF αντανακλώνται από την ιονόσφαιρα και απορροφώνται από τη γη (β).

Επικοινωνία στην περιοχή των μικροκυμάτων

Σε συχνότητες πάνω από 100 MHz, τα ραδιοκύματα διαδίδονται σχεδόν σε ευθεία γραμμή, έτσι ώστε να μπορούν να εστιάζονται σε στενές δέσμες. Η συγκέντρωση ενέργειας με τη μορφή στενής δέσμης με χρήση παραβολικής κεραίας (όπως το γνωστό πιάτο δορυφορικής τηλεόρασης) οδηγεί σε βελτίωση της αναλογίας σήματος προς θόρυβο, ωστόσο, για μια τέτοια σύνδεση, οι κεραίες εκπομπής και λήψης πρέπει να είναι στραμμένα με μεγάλη ακρίβεια το ένα προς το άλλο.
Σε αντίθεση με τα ραδιοκύματα με χαμηλότερες συχνότητες, τα μικροκύματα δεν περνούν καλά μέσα από τα κτίρια. Το ραδιόφωνο μικροκυμάτων χρησιμοποιήθηκε τόσο ευρέως στην τηλεφωνία μεγάλων αποστάσεων, στα κινητά τηλέφωνα, στις τηλεοπτικές εκπομπές και σε άλλους τομείς που υπήρχε σοβαρή έλλειψη φάσματος.
Αυτή η σύνδεση έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με την οπτική ίνα. Το κύριο είναι ότι δεν χρειάζεται να τοποθετήσετε ένα καλώδιο και, κατά συνέπεια, δεν χρειάζεται να πληρώσετε για τη μίσθωση γης κατά μήκος της διαδρομής σήματος. Αρκεί να αγοράζετε μικρά οικόπεδα κάθε 50 χλμ και να τοποθετείτε πύργους ρελέ σε αυτά.

Υπέρυθρα κύματα και χιλιοστά

Η υπέρυθρη ακτινοβολία και η ακτινοβολία χιλιοστών χωρίς τη χρήση καλωδίου χρησιμοποιούνται ευρέως για επικοινωνία σε μικρές αποστάσεις (για παράδειγμα, τηλεχειριστήρια). Είναι σχετικά κατευθυνόμενα, φθηνά και εύκολα στην εγκατάσταση, αλλά δεν περνούν μέσα από στερεά αντικείμενα.
Η επικοινωνία στην περιοχή υπερύθρων χρησιμοποιείται σε συστήματα υπολογιστών επιτραπέζιων υπολογιστών (για παράδειγμα, για τη σύνδεση φορητών υπολογιστών με εκτυπωτές), αλλά εξακολουθεί να μην παίζει σημαντικό ρόλο στις τηλεπικοινωνίες.

Δορυφόροι επικοινωνιών

Χρησιμοποιούνται Ε τύποι δορυφόρων: γεωστατικοί (GEO), μεσαίου υψομέτρου (MEO) και χαμηλής τροχιάς (LEO) (Εικ. 7).

Ρύζι. 7. Δορυφόροι επικοινωνίας και οι ιδιότητές τους: ύψος τροχιάς, καθυστέρηση, αριθμός δορυφόρων που απαιτούνται για την κάλυψη ολόκληρης της επιφάνειας της υδρογείου.

Δημόσιο Τηλεφωνικό Δίκτυο με μεταγωγή

Δομή τηλεφωνικού συστήματος

Η δομή μιας τυπικής διαδρομής τηλεφωνικής επικοινωνίας σε μεσαίες αποστάσεις φαίνεται στο Σχήμα 8.

Ρύζι. 8. Τυπική διαδρομή επικοινωνίας με μέση απόσταση μεταξύ των συνδρομητών.

Τοπικές γραμμές: μόντεμ, ADSL, ασύρματη

Δεδομένου ότι ο υπολογιστής λειτουργεί με ψηφιακό σήμα και η τοπική τηλεφωνική γραμμή είναι η μετάδοση ενός αναλογικού σήματος, μια συσκευή μόντεμ χρησιμοποιείται για τη μετατροπή ψηφιακού σε αναλογικό και αντίστροφα, και η ίδια η διαδικασία ονομάζεται διαμόρφωση / αποδιαμόρφωση (Εικ. 9). .

Ρύζι. 9. Χρήση τηλεφωνικής γραμμής κατά τη μετάδοση ψηφιακού σήματος.
Υπάρχουν 3 μέθοδοι διαμόρφωσης (Εικ. 10):

διαμόρφωση πλάτους - χρησιμοποιούνται 2 διαφορετικά πλάτη σήματος (για 0 ​​και 1),
συχνότητα - χρησιμοποιούνται πολλές διαφορετικές συχνότητες σήματος (για 0 ​​και 1),
Οι μετατοπίσεις φάσης - φάσης χρησιμοποιούνται κατά τη μετάβαση μεταξύ λογικών μονάδων (0 και 1). Γωνίες διάτμησης - 45, 135, 225, 180.

Στην πράξη, χρησιμοποιούνται συνδυασμένα συστήματα διαμόρφωσης.

Ρύζι. 10. Δυαδικό σήμα (a); διαμόρφωση πλάτους (β); Διαμόρφωση συχνότητας (c); διαμόρφωση φάσης.
Όλα τα σύγχρονα μόντεμ σας επιτρέπουν να μεταφέρετε δεδομένα και προς τις δύο κατευθύνσεις, αυτός ο τρόπος λειτουργίας ονομάζεται duplex. Μια σύνδεση με δυνατότητα σειριακής μετάδοσης ονομάζεται half-duplex. Μια σύνδεση στην οποία η μετάδοση πραγματοποιείται μόνο προς μία κατεύθυνση ονομάζεται simplex.
Η μέγιστη ταχύτητα μόντεμ που μπορεί να επιτευχθεί αυτή τη στιγμή είναι 56 Kb/s. Πρότυπο V.90.

Ψηφιακές συνδρομητικές γραμμές. τεχνολογία xDSL.

Αφού η ταχύτητα μέσω μόντεμ έφτασε στο όριο, οι εταιρείες τηλεφωνίας άρχισαν να αναζητούν διέξοδο από αυτή την κατάσταση. Έτσι, πολλές προτάσεις εμφανίστηκαν με τη γενική ονομασία xDSL. xDSL (Digital Subscribe Line) - ψηφιακή συνδρομητική γραμμή, όπου αντί για Χμπορεί να υπάρχουν και άλλα γράμματα. Η πιο γνωστή τεχνολογία από αυτές τις προτάσεις είναι το ADSL (Asymmetric DSL).
Ο λόγος για το όριο ταχύτητας των μόντεμ ήταν ότι χρησιμοποιούσαν το εύρος μετάδοσης της ανθρώπινης ομιλίας για μετάδοση δεδομένων - 300 Hz έως 3400 Hz. Μαζί με τις οριακές συχνότητες, το εύρος ζώνης δεν ήταν 3100 Hz, αλλά 4000 Hz.
Αν και το φάσμα της τοπικής τηλεφωνικής γραμμής είναι 1,1 Hz.
Στην πρώτη πρόταση τεχνολογίας ADSL χρησιμοποιήθηκε όλο το φάσμα της τοπικής τηλεφωνικής γραμμής, το οποίο χωρίζεται σε 3 ζώνες:

POTS - η εμβέλεια του συμβατικού τηλεφωνικού δικτύου.
εξερχόμενη περιοχή?
εύρος εισόδου.

Μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί διαφορετικές συχνότητες για διαφορετικούς σκοπούς ονομάζεται πολυπλεξία συχνότητας ή πολυπλεξία συχνότητας.
Μια εναλλακτική μέθοδος που ονομάζεται διακριτή πολυτονική διαμόρφωση, η DMT (Discrete MultiTone) συνίσταται στη διαίρεση ολόκληρου του φάσματος μιας τοπικής γραμμής πλάτους 1,1 MHz σε 256 ανεξάρτητα κανάλια των 4312,5 Hz το καθένα. Το κανάλι 0 είναι POTS. Τα κανάλια 1 έως 5 δεν χρησιμοποιούνται έτσι ώστε το φωνητικό σήμα να μην μπορεί να παρεμβαίνει στο σήμα πληροφοριών. Από τα υπόλοιπα 250 κανάλια, ένα ασχολείται με τον έλεγχο μετάδοσης προς τον πάροχο, ένα προς τον χρήστη και όλα τα άλλα είναι διαθέσιμα για μετάδοση δεδομένων χρήστη (Εικ. 11).

Ρύζι. 11. Λειτουργία ADSL με χρήση διακριτής πολυτονικής διαμόρφωσης.
Το πρότυπο ADSL σάς επιτρέπει να λαμβάνετε έως 8 Mb / s και να στέλνετε έως και 1 Mb / s. ADSL2+ - εξερχόμενες έως 24 Mb/s, εισερχόμενες έως 1,4 Mb/s.
Μια τυπική διαμόρφωση εξοπλισμού ADSL περιλαμβάνει:

DSLAM - Πολυπλέκτης πρόσβασης DSL.
Το NID είναι μια συσκευή διασύνδεσης δικτύου που διαχωρίζει την ιδιοκτησία της τηλεφωνικής εταιρείας και του συνδρομητή.
Ένας διαχωριστής (splitter) είναι ένας διαχωριστής συχνότητας που διαχωρίζει τη ζώνη POTS και τα δεδομένα ADSL.

Ρύζι. 12. Τυπική διαμόρφωση εξοπλισμού ADSL.

Γραμμές και σφραγίδες

Η εξοικονόμηση πόρων παίζει σημαντικό ρόλο στο τηλεφωνικό σύστημα. Το κόστος τοποθέτησης και συντήρησης μιας ραχοκοκαλιάς υψηλής χωρητικότητας και μιας γραμμής χαμηλής ποιότητας είναι σχεδόν το ίδιο (δηλαδή, η μερίδα του λέοντος αυτού του κόστους δαπανάται για το σκάψιμο τάφρων και όχι για το ίδιο το καλώδιο χαλκού ή οπτικών ινών).
Για το λόγο αυτό, οι τηλεφωνικές εταιρείες έχουν συνεργαστεί για να αναπτύξουν πολλά σχήματα για τη μεταφορά πολλαπλών συνομιλιών μέσω ενός ενιαίου φυσικού καλωδίου. Τα σχήματα πολυπλεξίας (συμπίεση) μπορούν να χωριστούν σε δύο κύριες κατηγορίες FDM (Frequency Division Multiplexing - Frequency Division Multiplexing) και TDM (Time Division Multiplexing - Time Division Multiplexing) (Εικ. 13).
Με την πολυπλεξία συχνοτήτων, το φάσμα συχνοτήτων διαιρείται μεταξύ λογικών καναλιών και κάθε χρήστης λαμβάνει την αποκλειστική κυριότητα της υποζώνης του. Στην πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου, οι χρήστες εναλλάσσονται (κυκλικά) χρησιμοποιώντας το ίδιο κανάλι και σε καθένα δίνεται η πλήρης χωρητικότητα του καναλιού για σύντομο χρονικό διάστημα.
Τα κανάλια οπτικών ινών χρησιμοποιούν μια ειδική παραλλαγή πολυπλεξίας συχνότητας. Ονομάζεται πολυπλεξία φασματικής διαίρεσης (WDM, Wavelength-Division Multiplexing).

Ρύζι. 13. Ένα παράδειγμα πολυπλεξίας συχνότητας: αρχικά φάσματα 1 σημάτων (a), φάσματα μετατόπισης συχνότητας (b), πολυπλεξικό κανάλι (c).

Εναλλαγή

Από την άποψη του μέσου τηλεφωνικού μηχανικού, το τηλεφωνικό σύστημα αποτελείται από δύο μέρη: εξωτερικό εξοπλισμό (τοπικές τηλεφωνικές γραμμές και κορμούς, έξω από τους διακόπτες) και εσωτερικό εξοπλισμό (πίνακες μεταγωγής) που βρίσκεται στο τηλεφωνικό κέντρο.
Οποιαδήποτε δίκτυα επικοινωνίας υποστηρίζουν κάποιο τρόπο μεταγωγής (επικοινωνίας) των συνδρομητών τους μεταξύ τους. Είναι πρακτικά αδύνατο να παρέχεται σε κάθε ζεύγος αλληλεπιδρώντων συνδρομητών τη δική του γραμμή φυσικής επικοινωνίας χωρίς μεταγωγή, την οποία θα μπορούσαν να «κατέχουν» μονοπώλιο για μεγάλο χρονικό διάστημα. Επομένως, σε οποιοδήποτε δίκτυο, χρησιμοποιείται πάντα κάποια μέθοδος εναλλαγής συνδρομητών, η οποία διασφαλίζει τη διαθεσιμότητα διαθέσιμων φυσικών καναλιών ταυτόχρονα για πολλές συνεδρίες επικοινωνίας μεταξύ των συνδρομητών του δικτύου.
Δύο διαφορετικές τεχνικές χρησιμοποιούνται στα τηλεφωνικά συστήματα: μεταγωγή κυκλώματος και μεταγωγή πακέτων.

Εναλλαγή κυκλώματος

Η μεταγωγή κυκλώματος συνεπάγεται το σχηματισμό ενός συνεχούς σύνθετου φυσικού καναλιού από σειριακά συνδεδεμένα μεμονωμένα τμήματα καναλιού για άμεση μετάδοση δεδομένων μεταξύ κόμβων. Σε ένα δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος, πριν από τη μετάδοση δεδομένων, είναι πάντα απαραίτητο να εκτελείται μια διαδικασία δημιουργίας σύνδεσης, κατά την οποία δημιουργείται ένα σύνθετο κανάλι (Εικ. 14).

Αλλαγή πακέτων

Στη μεταγωγή πακέτων, όλα τα μηνύματα που μεταδίδονται από τον χρήστη του δικτύου χωρίζονται στον κόμβο πηγής σε σχετικά μικρά μέρη, που ονομάζονται πακέτα. Κάθε πακέτο παρέχεται με μια κεφαλίδα που καθορίζει τις πληροφορίες διεύθυνσης που απαιτούνται για την παράδοση του πακέτου στον κεντρικό υπολογιστή προορισμού, καθώς και τον αριθμό του πακέτου που θα χρησιμοποιηθεί από τον κεντρικό υπολογιστή προορισμού για τη συναρμολόγηση του μηνύματος. Τα πακέτα μεταφέρονται στο δίκτυο ως ανεξάρτητα μπλοκ πληροφοριών. Οι μεταγωγείς δικτύου λαμβάνουν πακέτα από τερματικούς κόμβους και, με βάση τις πληροφορίες διεύθυνσης, τα μεταδίδουν μεταξύ τους και τελικά στον κόμβο προορισμού (Εικ. 14).
και τα λοιπά.................

Κατά τη μετάδοση διακριτών δεδομένων μέσω καναλιών επικοινωνίας, χρησιμοποιούνται δύο κύριοι τύποι φυσικής κωδικοποίησης - με βάση ένα ημιτονοειδές σήμα φορέα και με βάση μια ακολουθία ορθογώνιων παλμών. Η πρώτη μέθοδος συχνά ονομάζεται επίσης διαμόρφωσηή αναλογική διαμόρφωση,τονίζοντας το γεγονός ότι η κωδικοποίηση πραγματοποιείται με αλλαγή των παραμέτρων του αναλογικού σήματος. Ο δεύτερος τρόπος συνήθως ονομάζεται ψηφιακή κωδικοποίηση.Αυτές οι μέθοδοι διαφέρουν ως προς το εύρος του φάσματος του προκύπτοντος σήματος και την πολυπλοκότητα του εξοπλισμού που απαιτείται για την εφαρμογή τους.

Όταν χρησιμοποιείτε ορθογώνιους παλμούς, το φάσμα του προκύπτοντος σήματος είναι πολύ ευρύ. Αυτό δεν προκαλεί έκπληξη αν θυμηθούμε ότι το φάσμα μιας ιδανικής ορμής έχει άπειρο πλάτος. Η χρήση ημιτονοειδούς έχει ως αποτέλεσμα ένα πολύ μικρότερο φάσμα με τον ίδιο ρυθμό πληροφοριών. Ωστόσο, η εφαρμογή ημιτονοειδούς διαμόρφωσης απαιτεί πιο πολύπλοκο και ακριβό εξοπλισμό από την εφαρμογή ορθογώνιων παλμών.

Επί του παρόντος, όλο και πιο συχνά, δεδομένα που έχουν αρχικά αναλογική μορφή - ομιλία, τηλεοπτική εικόνα - μεταδίδονται μέσω καναλιών επικοινωνίας σε διακριτή μορφή, δηλαδή με τη μορφή μιας ακολουθίας μονάδων και μηδενικών. Η διαδικασία αναπαράστασης αναλογικών πληροφοριών σε διακριτή μορφή ονομάζεται διακριτή διαμόρφωση.Οι όροι "διαμόρφωση" και "κωδικοποίηση" χρησιμοποιούνται συχνά εναλλακτικά.

Στο ψηφιακή κωδικοποίησηχρησιμοποιούνται διακριτές πληροφορίες, δυναμικοί και παλμικοί κώδικες. Στους κωδικούς δυναμικού, χρησιμοποιείται μόνο η τιμή του δυναμικού σήματος για την αναπαράσταση λογικών μονάδων και μηδενικών και οι πτώσεις του, που σχηματίζουν πλήρεις παλμούς, δεν λαμβάνονται υπόψη. Οι κωδικοί παλμών επιτρέπουν την αναπαράσταση δυαδικών δεδομένων είτε με παλμούς συγκεκριμένης πολικότητας είτε από ένα μέρος του παλμού - μια πιθανή πτώση μιας συγκεκριμένης κατεύθυνσης.

Όταν χρησιμοποιείτε ορθογώνιους παλμούς για τη μετάδοση διακριτών πληροφοριών, είναι απαραίτητο να επιλέξετε μια μέθοδο κωδικοποίησης που θα επιτύγχανε ταυτόχρονα πολλούς στόχους: με τον ίδιο ρυθμό bit, να έχει το μικρότερο πλάτος του φάσματος του προκύπτοντος σήματος. παρέχεται συγχρονισμός μεταξύ πομπού και δέκτη.

Είχε την ικανότητα να αναγνωρίζει λάθη. είχε χαμηλό κόστος υλοποίησης.

Τα δίκτυα χρησιμοποιούν τα λεγόμενα αυτοσυγχρονιζόμενοι κωδικοί,τα σήματα των οποίων φέρουν ενδείξεις για τον πομπό σε ποια χρονική στιγμή είναι απαραίτητο να αναγνωριστεί το επόμενο bit (ή πολλά bit, εάν ο κώδικας είναι προσανατολισμένος σε περισσότερες από δύο καταστάσεις σήματος). Οποιαδήποτε αιχμηρή άκρη στο σήμα - η λεγόμενη άκρη - μπορεί να χρησιμεύσει ως καλή ένδειξη για το συγχρονισμό του δέκτη με τον πομπό. Η αναγνώριση και η διόρθωση των παραμορφωμένων δεδομένων είναι δύσκολο να εφαρμοστεί μέσω του φυσικού επιπέδου, επομένως, τις περισσότερες φορές αυτή η εργασία αναλαμβάνεται από τα πρωτόκολλα που βρίσκονται παραπάνω: κανάλι, δίκτυο, μεταφορά ή εφαρμογή. Από την άλλη πλευρά, η αναγνώριση σφαλμάτων στο φυσικό επίπεδο εξοικονομεί χρόνο, αφού ο δέκτης δεν περιμένει να τοποθετηθεί πλήρως το πλαίσιο στο buffer, αλλά το απορρίπτει αμέσως μετά την τοποθέτηση. γνωρίζοντας σφάλματα bit μέσα σε ένα πλαίσιο.

Πιθανός κωδικός μη επιστροφής στο μηδέν, μια μέθοδος πιθανής κωδικοποίησης, που ονομάζεται επίσης κωδικοποίηση χωρίς επιστροφή στο μηδέν (Μη ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ προς την Μηδέν, NRZ). Το επώνυμο αντικατοπτρίζει το γεγονός ότι κατά τη μετάδοση μιας ακολουθίας μονάδων, το σήμα δεν επιστρέφει στο μηδέν κατά τη διάρκεια του κύκλου (όπως θα δούμε παρακάτω, σε άλλες μεθόδους κωδικοποίησης, η επιστροφή στο μηδέν εμφανίζεται σε αυτήν την περίπτωση). Η μέθοδος NRZ είναι εύκολη στην εφαρμογή, έχει καλή αναγνώριση σφαλμάτων (λόγω δύο έντονα διαφορετικών δυνατοτήτων), αλλά δεν έχει την ιδιότητα αυτοσυγχρονισμού. Κατά τη μετάδοση μιας μεγάλης ακολουθίας μονάδων ή μηδενικών, το σήμα στη γραμμή δεν αλλάζει, επομένως ο δέκτης δεν μπορεί να προσδιορίσει από το σήμα εισόδου τους χρόνους που είναι απαραίτητο να διαβάσει ξανά τα δεδομένα. Ακόμη και με μια γεννήτρια ρολογιού υψηλής ακρίβειας, ο δέκτης μπορεί να κάνει λάθος με τη στιγμή λήψης δεδομένων, καθώς οι συχνότητες των δύο γεννητριών δεν είναι ποτέ εντελώς ίδιες. Επομένως, σε υψηλούς ρυθμούς δεδομένων και μεγάλες ακολουθίες ενός ή μηδενικού, μια μικρή αναντιστοιχία συχνοτήτων ρολογιού μπορεί να οδηγήσει σε σφάλμα σε έναν ολόκληρο κύκλο και, κατά συνέπεια, στην ανάγνωση μιας εσφαλμένης τιμής bit.

Διπολική μέθοδος κωδικοποίησης με εναλλακτική αντιστροφή. Μία από τις τροποποιήσεις της μεθόδου NRZ είναι η μέθοδος διπολική κωδικοποίηση με εναλλακτική αντιστροφή (Διπολικός Εναλλακτικό Σημάδι αντιστροφή, AMI). Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί τρία επίπεδα δυναμικού - αρνητικό, μηδενικό και θετικό. Για την κωδικοποίηση ενός λογικού μηδέν, χρησιμοποιείται ένα μηδενικό δυναμικό και μια λογική μονάδα κωδικοποιείται είτε με θετικό είτε με αρνητικό δυναμικό, ενώ το δυναμικό κάθε νέας μονάδας είναι αντίθετο από το δυναμικό της προηγούμενης. Έτσι, μια παραβίαση της αυστηρής εναλλαγής της πολικότητας των σημάτων υποδηλώνει μια λανθασμένη ώθηση ή την εξαφάνιση μιας σωστής ώθησης από τη γραμμή. Ένα σήμα με λανθασμένη πολικότητα ονομάζεται απαγορευμένο σήμα (σήμα παράβαση). Στον κωδικό AMI χρησιμοποιούνται όχι δύο, αλλά τρία επίπεδα σήματος ανά γραμμή. Το πρόσθετο επίπεδο απαιτεί αύξηση της ισχύος πομπού περίπου 3dB για να παρέχει την ίδια πιστότητα bit στη γραμμή, κάτι που είναι ένα γενικό μειονέκτημα των κωδικών με πολλαπλές καταστάσεις σήματος σε σύγκριση με τους κώδικες που διακρίνουν μόνο δύο καταστάσεις.

Δυνητικός κωδικός με αντιστροφή στη μονάδα. Υπάρχει κωδικός παρόμοιος με τον AMI, αλλά με μόνο δύο επίπεδα σήματος. Όταν μεταδίδεται το μηδέν, μεταδίδει το δυναμικό που είχε οριστεί στον προηγούμενο κύκλο (δηλαδή, δεν το αλλάζει) και όταν μεταδίδεται ένα, το δυναμικό αντιστρέφεται προς το αντίθετο. Αυτός ο κωδικός ονομάζεται δυνητικός κώδικας με αντιστροφή στη μονάδα (Μη ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ προς την Μηδέν με αυτές ανεστραμμένο, NRZI). Αυτός ο κωδικός είναι χρήσιμος σε περιπτώσεις όπου η χρήση ενός τρίτου επιπέδου σήματος είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητη, για παράδειγμα, σε οπτικά καλώδια, όπου δύο καταστάσεις σήματος αναγνωρίζονται αξιόπιστα - ανοιχτό και σκοτεινό.

Διπολικός κωδικός παλμούΕκτός από τους πιθανούς κωδικούς, τα δίκτυα χρησιμοποιούν επίσης παλμικούς κώδικες όταν τα δεδομένα αντιπροσωπεύονται από έναν πλήρη παλμό ή ένα μέρος του - ένα μέτωπο. Η απλούστερη περίπτωση αυτής της προσέγγισης είναι διπολικός κωδικός παλμού,στην οποία η μονάδα αντιπροσωπεύεται από έναν παλμό μιας πολικότητας και το μηδέν είναι η άλλη . Κάθε παλμός διαρκεί μισό κύκλο. Ένας τέτοιος κώδικας έχει εξαιρετικές ιδιότητες αυτόματου χρονισμού, αλλά μπορεί να υπάρχει ένα στοιχείο DC, για παράδειγμα, κατά τη μετάδοση μιας μεγάλης ακολουθίας μονάδων ή μηδενικών. Επιπλέον, το φάσμα του είναι ευρύτερο από αυτό των πιθανών κωδικών. Έτσι, κατά τη μετάδοση όλων των μηδενικών ή ενός, η συχνότητα της θεμελιώδους αρμονικής του κώδικα θα είναι ίση με NHz, η οποία είναι δύο φορές υψηλότερη από τη θεμελιώδη αρμονική του κώδικα NRZ και τέσσερις φορές υψηλότερη από τη θεμελιώδη αρμονική του κώδικα AMI όταν μεταδίδοντας εναλλασσόμενες μονάδες και μηδενικά. Λόγω του πολύ μεγάλου φάσματος, ο διπολικός κώδικας παλμών χρησιμοποιείται σπάνια.

Κωδικός Μάντσεστερ.Στα τοπικά δίκτυα, μέχρι πρόσφατα, η πιο διαδεδομένη μέθοδος κωδικοποίησης ήταν η λεγόμενη Κωδικός Μάντσεστερ.Χρησιμοποιείται σε τεχνολογίες Ethernet και TokenRing. Στον κώδικα του Μάντσεστερ, μια πτώση δυναμικού, δηλαδή το μπροστινό μέρος του παλμού, χρησιμοποιείται για την κωδικοποίηση μονάδων και μηδενικών. Στην κωδικοποίηση Manchester, κάθε ρολόι χωρίζεται σε δύο μέρη. Οι πληροφορίες κωδικοποιούνται από πιθανές πτώσεις που συμβαίνουν στη μέση κάθε κύκλου. Μια μονάδα κωδικοποιείται από ένα χαμηλό προς υψηλό επίπεδο σήματος και ένα μηδέν κωδικοποιείται από μια αντίστροφη ακμή. Στην αρχή κάθε κύκλου, μπορεί να προκύψει ένα άκρο σήματος υπηρεσίας, εάν πρέπει να αντιπροσωπεύσετε πολλά μονά ή μηδενικά στη σειρά. Δεδομένου ότι το σήμα αλλάζει τουλάχιστον μία φορά ανά κύκλο μετάδοσης ενός bit δεδομένων, ο κώδικας Manchester έχει καλές ιδιότητες αυτοσυγχρονισμού. Το εύρος ζώνης του κώδικα Μάντσεστερ είναι στενότερο από αυτό του διπολικού παλμού. Κατά μέσο όρο, το εύρος ζώνης του κώδικα του Μάντσεστερ είναι μιάμιση φορά πιο στενό από αυτό του διπολικού κώδικα παλμών και η θεμελιώδης αρμονική ταλαντώνεται γύρω στα 3N/4. Ο κώδικας του Manchester έχει ένα άλλο πλεονέκτημα έναντι του διπολικού κωδικού παλμού. Το τελευταίο χρησιμοποιεί τρία επίπεδα σήματος για τη μετάδοση δεδομένων, ενώ το Μάντσεστερ χρησιμοποιεί δύο.

Δυνητικός κωδικός 2B 1Q. Δυνητικός κωδικός με τέσσερα επίπεδα σήματος για την κωδικοποίηση δεδομένων. Αυτός είναι ο κωδικός 2 ΣΕ 1Q, το όνομα του οποίου αντικατοπτρίζει την ουσία του - κάθε δύο bits (2B) μεταδίδονται σε έναν κύκλο από ένα σήμα που έχει τέσσερις καταστάσεις (1Q). Το bit 00 είναι -2,5V, το bit 01 είναι -0,833V, το 11 είναι +0,833V και το 10 είναι +2,5V. Με αυτήν τη μέθοδο κωδικοποίησης, απαιτούνται πρόσθετα μέτρα για την αντιμετώπιση μεγάλων ακολουθιών πανομοιότυπων ζευγών bit, αφού το σήμα μετατρέπεται στη συνέχεια σε σταθερό στοιχείο. Με την τυχαία παρεμβολή bit, το φάσμα του σήματος είναι δύο φορές πιο στενό από αυτό του κώδικα NRZ, αφού με τον ίδιο ρυθμό bit η διάρκεια του ρολογιού διπλασιάζεται. Έτσι, χρησιμοποιώντας τον κωδικό 2B 1Q, μπορείτε να μεταφέρετε δεδομένα δύο φορές πιο γρήγορα στην ίδια γραμμή από ότι χρησιμοποιώντας τον κωδικό AMI ή NRZI. Ωστόσο, για την υλοποίησή του, η ισχύς του πομπού πρέπει να είναι υψηλότερη, ώστε τα τέσσερα επίπεδα να διακρίνονται σαφώς από τον δέκτη σε φόντο παρεμβολών.

Λογική κωδικοποίησηΗ λογική κωδικοποίηση χρησιμοποιείται για τη βελτίωση πιθανών κωδικών όπως AMI, NRZI ή 2Q.1B. Η λογική κωδικοποίηση θα πρέπει να αντικαταστήσει μεγάλες ακολουθίες bit που οδηγούν σε σταθερό δυναμικό με διάσπαρτες. Όπως σημειώθηκε παραπάνω, δύο μέθοδοι είναι χαρακτηριστικές της λογικής κωδικοποίησης -. περιττοί κωδικοί και κρυπτογράφηση.

Περιττοί κωδικοίβασίζονται στο διαχωρισμό της αρχικής ακολουθίας των bit σε τμήματα, τα οποία συχνά ονομάζονται χαρακτήρες. Στη συνέχεια, κάθε αρχικός χαρακτήρας αντικαθίσταται με έναν νέο που έχει περισσότερα bits από τον αρχικό.

Για να παρέχει μια δεδομένη χωρητικότητα γραμμής, ένας πομπός που χρησιμοποιεί έναν περιττό κωδικό πρέπει να λειτουργεί με αυξημένη συχνότητα ρολογιού. Έτσι, για να μεταδώσει κωδικούς 4V / 5V με ρυθμό 100 Mb / s, ο πομπός πρέπει να λειτουργεί σε συχνότητα ρολογιού 125 MHz. Σε αυτήν την περίπτωση, το φάσμα του σήματος στη γραμμή επεκτείνεται σε σύγκριση με την περίπτωση που ένας καθαρός, μη περιττός κώδικας μεταδίδεται μέσω της γραμμής. Ωστόσο, το φάσμα του πλεονάζοντος δυναμικού κώδικα αποδεικνύεται στενότερο από το φάσμα του κώδικα του Manchester, γεγονός που δικαιολογεί το πρόσθετο στάδιο της λογικής κωδικοποίησης, καθώς και τη λειτουργία του δέκτη και του πομπού σε αυξημένη συχνότητα ρολογιού.

Ανακατεύοντας. Το να ανακατεύετε τα δεδομένα με έναν αναδευτήρα πριν τα τοποθετήσετε στη γραμμή με έναν ειλικρινή κώδικα είναι ένας άλλος τρόπος λογικής κωδικοποίησης. Οι μέθοδοι κρυπτογράφησης συνίστανται στον υπολογισμό bit-by-bit του προκύπτοντος κώδικα με βάση τα bit του πηγαίου κώδικα και τα bit του προκύπτοντος κώδικα που ελήφθησαν σε προηγούμενους κύκλους. Για παράδειγμα, ένας scrambler μπορεί να εφαρμόσει την ακόλουθη σχέση:

Ασύγχρονη και σύγχρονη μετάδοση

Όταν ανταλλάσσονται δεδομένα στο φυσικό επίπεδο, η μονάδα πληροφοριών είναι ένα bit, επομένως το φυσικό επίπεδο σημαίνει ότι διατηρείται πάντα ο συγχρονισμός των bit μεταξύ του δέκτη και του πομπού. Συνήθως αρκεί να διασφαλιστεί ο συγχρονισμός σε αυτά τα δύο επίπεδα - bit και frame - έτσι ώστε ο πομπός και ο δέκτης να μπορούν να εξασφαλίσουν μια σταθερή ανταλλαγή πληροφοριών. Ωστόσο, εάν η ποιότητα της γραμμής επικοινωνίας είναι κακή (συνήθως αυτό ισχύει για τηλεφωνικά κανάλια μεταγωγής), εισάγονται πρόσθετα μέσα συγχρονισμού σε επίπεδο byte για μείωση του κόστους του εξοπλισμού και αύξηση της αξιοπιστίας της μετάδοσης δεδομένων.

Αυτός ο τρόπος λειτουργίας ονομάζεται ασύγχρονοςή ξεκίνα σταμάτα.Στην ασύγχρονη λειτουργία, κάθε byte δεδομένων συνοδεύεται από ειδικά σήματα έναρξης και διακοπής. Ο σκοπός αυτών των σημάτων είναι, πρώτον, να ειδοποιήσουν τον δέκτη για την άφιξη των δεδομένων και, δεύτερον, να δώσουν στον δέκτη αρκετό χρόνο για να εκτελέσει ορισμένες λειτουργίες που σχετίζονται με το χρονισμό πριν φτάσει το επόμενο byte. Το σήμα έναρξης έχει διάρκεια ενός χρονικού διαστήματος και το σήμα διακοπής μπορεί να διαρκέσει ένα, ενάμισι ή δύο ρολόγια, επομένως ένα, ενάμισι ή δύο bit λέγεται ότι χρησιμοποιούνται ως σήμα διακοπής, αν και αυτά τα σήματα δεν αντιπροσωπεύουν bits χρήστη.

Στη λειτουργία σύγχρονης μεταφοράς, δεν υπάρχουν bit start-stop μεταξύ κάθε ζεύγους byte. συμπεράσματα

Κατά τη μετάδοση διακριτών δεδομένων μέσω ενός καναλιού συχνότητας φωνής στενής ζώνης που χρησιμοποιείται στην τηλεφωνία, οι μέθοδοι αναλογικής διαμόρφωσης είναι οι πλέον κατάλληλες, στις οποίες το φέρον ημιτονοειδή διαμορφώνεται από την αρχική ακολουθία δυαδικών ψηφίων. Αυτή η λειτουργία πραγματοποιείται από ειδικές συσκευές - μόντεμ.

Για μετάδοση δεδομένων χαμηλής ταχύτητας, χρησιμοποιείται μια αλλαγή στη συχνότητα του φέροντος ημιτονοειδούς. Τα μόντεμ υψηλότερης ταχύτητας λειτουργούν με συνδυασμένες μεθόδους διαμόρφωσης τετραγωνικού πλάτους (QAM), οι οποίες χαρακτηρίζονται από 4 επίπεδα πλάτους ημιτονοειδούς φορέα και 8 επίπεδα φάσης. Δεν χρησιμοποιούνται όλοι οι πιθανοί 32 συνδυασμοί της μεθόδου QAM για μετάδοση δεδομένων, οι απαγορευμένοι συνδυασμοί καθιστούν δυνατή την αναγνώριση παραμορφωμένων δεδομένων σε φυσικό επίπεδο.

Στα κανάλια ευρυζωνικής επικοινωνίας, χρησιμοποιούνται μέθοδοι κωδικοποίησης δυναμικού και παλμού, στις οποίες τα δεδομένα αντιπροσωπεύονται από διαφορετικά επίπεδα σταθερού δυναμικού σήματος ή πολικότητας παλμού ή τουεμπρός.

Κατά τη χρήση πιθανών κωδικών, η εργασία του συγχρονισμού του δέκτη με τον πομπό έχει ιδιαίτερη σημασία, καθώς κατά τη μετάδοση μεγάλων ακολουθιών μηδενικών ή μονάδων, το σήμα στην είσοδο του δέκτη δεν αλλάζει και είναι δύσκολο για τον δέκτη να προσδιορίσει τη στιγμή συλλέγοντας το επόμενο bit δεδομένων.

Ο απλούστερος δυνητικός κωδικός είναι ο κωδικός μη επιστροφής στο μηδέν (NRZ), αλλά δεν είναι αυτοχρονολογιζόμενος και δημιουργεί ένα στοιχείο DC.

Ο πιο δημοφιλής παλμικός κώδικας είναι ο κώδικας Manchester, στον οποίο οι πληροφορίες μεταφέρονται από την κατεύθυνση της άκρης του σήματος στο μέσο κάθε κύκλου. Ο κώδικας Manchester χρησιμοποιείται στις τεχνολογίες Ethernet και TokenRing.

Για τη βελτίωση των ιδιοτήτων ενός πιθανού κώδικα NRZ, χρησιμοποιούνται μέθοδοι λογικής κωδικοποίησης που αποκλείουν μεγάλες ακολουθίες μηδενικών. Αυτές οι μέθοδοι βασίζονται σε:

Σχετικά με την εισαγωγή περιττών bit στα αρχικά δεδομένα (κωδικοί τύπου 4V/5V).

Κύρωση των αρχικών δεδομένων (κωδικοί όπως 2B 1Q).

Οι βελτιωμένοι κωδικοί δυναμικού έχουν στενότερο φάσμα από τους παλμικούς κώδικες, επομένως χρησιμοποιούνται σε τεχνολογίες υψηλής ταχύτητας όπως FDDI, FastEthernet, GigabitEthernet.